In een lineaire deeltjesversneller hebben magnetische velden een cruciale functie: ze worden gebruikt om de deeltjesbundel te focussen en te sturen. Ze versnellen de deeltjes zelf niet; dat is de taak van elektrische velden.
Wanneer een geladen deeltje een magnetisch veld binnengaat, ondervindt het een Lorentzkracht. Deze kracht zorgt ervoor dat het deeltje van richting verandert, maar niet van snelheid. Dit komt doordat de Lorentzkracht altijd loodrecht staat op zowel de bewegingsrichting van het deeltje als op de richting van het magnetisch veld. Omdat de kracht loodrecht op de beweging staat, verricht deze geen arbeid en blijft de kinetische energie (en dus de snelheid) van het deeltje constant.
De Lorentzkracht (FL) kan worden berekend met de formule:
FL=qvBsin(α)
Waarbij:
- FL de Lorentzkracht is (in Newton, N)
- q de lading van het deeltje is (in Coulomb, C)
- v de snelheid van het deeltje is (in meter per seconde, m/s)
- B de sterkte van het magnetisch veld is (in Tesla, T)
- α de hoek is tussen de bewegingsrichting van het deeltje en de richting van het magnetisch veld (in graden of radialen)
In de praktijk wordt deze Lorentzkracht gebruikt voor:
- Focussen: Magnetische velden, vaak gecreëerd door speciale magneten die als 'magnetische lenzen' fungeren, houden de deeltjesbundel smal en voorkomen dat de deeltjes uitwaaieren. Dit is essentieel om de deeltjes nauwkeurig naar hun doel te leiden.
- Sturen: Kleine afwijkingen in de baan van de deeltjes kunnen worden gecorrigeerd door magnetische velden, zodat de deeltjes precies de gewenste lineaire route volgen.
De duidelijke scheiding van taken – versnellen door elektrische velden en sturen/focussen door magnetische velden – maakt het ontwerp en de werking van lineaire deeltjesversnellers efficiënter en preciezer.
Natuurkunde