साइक्लोट्रॉन की कार्यप्रणाली समझाइए और इसके उपयोग बताइए।

(N/A) चित्र साइक्लोट्रॉन का एक योजनाबद्ध दृश्य दिखाता है।
धातु के बक्सों (डीज़) के अंदर,कण सुरक्षित रहता है और उस पर विद्युत क्षेत्र का कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। विद्युत क्षेत्र केवल दो डीज़ के बीच के अंतराल में ही प्रभावी होता है।
चुंबकीय क्षेत्र कण पर कार्य करता है और उसे डी के अंदर एक वृत्ताकार पथ में घूमने के लिए मजबूर करता है।
हर बार जब कण एक डी से दूसरी डी में जाता है,तो वह विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होता है।
विद्युत क्षेत्र की ध्रुवीयता कण की वृत्ताकार गति के साथ तालमेल में बदल दी जाती है।
यह सुनिश्चित करता है कि कण हमेशा विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित होता रहे। प्रत्येक त्वरण कण की गतिज ऊर्जा को बढ़ाता है। जैसे-जैसे ऊर्जा बढ़ती है,वृत्ताकार पथ की त्रिज्या बढ़ती जाती है,जिसके परिणामस्वरूप पथ सर्पिल (spiral) हो जाता है।
आवेशित कण (जैसे प्रोटॉन) एक डी में अर्धवृत्ताकार पथ में चलते हैं और $\frac{T}{2}$ समय अंतराल में डीज़ के बीच के अंतराल में पहुँचते हैं,जहाँ $T$ परिक्रमण का आवर्तकाल है।
$T = \frac{1}{v_{c}} = \frac{2 \pi m}{q B}$ या $v_{c} = \frac{q B}{2 \pi m} \quad \dots (1)$
इस आवृत्ति को साइक्लोट्रॉन आवृत्ति कहा जाता है और इसे $v_{c}$ द्वारा दर्शाया जाता है। यह कण की गति,संवेग और गतिज ऊर्जा से स्वतंत्र है।
साइक्लोट्रॉन के उपयोग निम्नलिखित हैं:
$(1)$ साइक्लोट्रॉन में उत्पन्न उच्च ऊर्जा वाले कणों का उपयोग नाभिकों पर बमबारी करके नाभिकीय अभिक्रियाओं का अध्ययन करने और नाभिकीय संरचना की जांच करने के लिए किया जाता है।
$(2)$ इसका उपयोग ठोस पदार्थों में आयनों को प्रत्यारोपित करके उनके गुणों को संशोधित करने या नए पदार्थों को संश्लेषित करने के लिए किया जाता है।
$(3)$ इसका उपयोग रेडियोधर्मी समस्थानिकों (isotopes) का उत्पादन करने के लिए किया जाता है,जिनका उपयोग अस्पतालों में निदान और उपचार के लिए किया जाता है।