Для получения больших напряжений, прикладываемых к ускорительным трубкам, в настоящее время применяются различные высоковольтные установки, как каскадный генератор и электростатический генератор.
Однако для ряда ядерных реакций требуются протоны или ядра дейтерия, обладающие энергией в несколько десятков мегаэлектроновольт (Мэв). Получение таких напряжений на высоковольтных установках невозможно. Но в этом нет необходимости. Существует метод получения заряженных частиц большой энергии с помощью сравнительно малых напряжений. Это осуществляется в циклотроне, где ионы много раз проходят одну и ту же ускоряющую разность потенциалов и, таким образом, получают энергию, значительно превышающую разность потенциалов ускоряющих электродов. Принцип работы циклотрона несложен.
Представьте себе две полукруглые полые металлические коробки А и В. Называются они дуантами и расположены так, как показано на рисунке. Из камеры, вмещающей обе половины, откачивается вОздух, а сама она помещается между полюсами большого электромагнита. Сильное магнитное поле направлено перпендикулярно к плоским поверхностям камеры. К дуантам приложено переменное напряжение порядка нескольких десятков киловольт.
Предположим, что в центре камеры, в точке С, находится источник положительных ионов. Во время одного из полупериодов эти ионы будут ускоренно двигаться в направлении отрицательного дуанта. А после того как войдут в пространство металлического дуанта, в котором электрическое поле отсутствует, они уже перестанут ускоряться и будут двигаться с постоянной скоростью по инерции. При движении, перпендикулярном магнитному полю, ионы будут описывать полуокружность и в конце концов придут опять к ускоряющему промежутку между дуантами.Можно так подобрать частоту приложенного напряжения, что его полупериод будет точно равен времени движения иона в дуанте В. В этом случае ион придет к ускоряющему промежутку тогда, когда знаки зарядов переменятся и на дуанте А будет отрицательное напряжение. Проходя ускоряющий промежуток, ион увеличит свою энергию соответственно приложенной разности потенциалов. Это увеличение энергии изменит характер движения иона в магнитном поле: в дуанте А ион будет двигаться по окружности большего радиуса.
Если считать массу частицы не зависящей от скорости, то она будет описывать все полуокружности (независимо от их радиуса) за одно и то же время. Круг большого радиуса она опишет с большей скоростью, чем круг малого радиуса, и, следовательно, совершит более длинный путь. Таким образом, частица будет каждый раз достигать края дуанта в тот момент, когда напряжение, приложенное к промежутку, окажется способным подталкивать ее, ускорять еще больше. Она станет описывать постепенно расширяющуюся наружу спираль. При каждом обороте частица получит энергию, соответствующую удвоенному .напряжению, приложенному к дуантам. Поэтому, когда она выйдет из циклотрона, энергия ее во много раз будет больше той, которая соответствует одному ускоряющему промежутку. В конце своего пути, уже ускоренная до больших энергий, частица попадет на мишень и с ее ядрами произведет ядерную реакцию.
