شبیه سازی میدان مغناطیسی سیکلوترون

با توجه به اهمیتی که کاربرد سیکلوترون ها دارد، میدان مغناطیسی آن به صورت شبیه سازی و تحلیلی مطالعه شده است. شبیه سازی کامپیوتری دوبعدی بر پایه ی کد پاندیرا برای محاسبه ی عددی (روش اختلاف محدود) میدان مغناطیسی سیکلوترون درنظرگرفته شد. هدف از شبیه سازی، طراحی سیکلوترونی است که میدان مغناطیسی آن در گاف از لحاظ اندازه و یکنواختی بهینه باشد. یکنواختی میدان مغناطیسی و بزرگی اندازه ی آن در گاف به ترتیب منجر به حفظ شرط رزونانس و افزایش بیشینه انرژی ذرات خروجی می شود. افزایش ضخامت قاب،کاهش فاصله ی میان سیم پیچ ها و یا کاهش شعاع آن ها، اندازه ی میدان مغناطیسی را در گاف افزایش می دهد. به خاطر آن که با افزایش ضخامت قاب، یکنواختی میدان مغناطیسی در گاف کاهش می یابد، از برابری نیمی از سطح مقطع هسته با سطح مقطع قاب، حد بالای ضخامت قاب تعیین می شود. از طرفی کاهش شعاع پیچه، روش مناسبی برای افزایش اندازه ی میدان در گاف نیست زیرا بیشینه انرژی ذرات خروجی را کاهش می دهد. در نتیجه اگر فاصله ی میان سیم پیچ ها و ضخامت قاب به درستی تعیین شوند، میدان مغناطیسی سیکلوترون در گاف، یکنواخت و قوی خواهد بود. به همین منظور سیستم شبه راتگرز طراحی شد. حل تحلیلی تقریبی میدان مغناطیسی سیکلوترون با روش آنالیز مدار مغناطیسی انجام شد. محاسبات تحلیلی دقیق میدان مغناطیسی سیکلوترون بوسیله حل انتگرال هایی شامل حاصلضرب توابع بسل به خاطر نوسانات توابع بسل میسر نشد. در نهایت میان نتایج شبیه سازی، آنالیز مدار مغناطیسی و آزمایشگاهی همخوانی نسبتا خوبی مشاهده شد.