ציקלוטרון (Cyclotron) הוא מאיץ חלקיקים שעושה שימוש בשדה מגנטי כדי לגרום לחלקיקים לנוע במסלולים מעגליים. המכשיר הומצא בראשית שנות ה-1930 על ידי ארנסט לורנס, שקיבל על כך את פרס נובל לפיזיקה ב-1939. גם היום משתמשים בציקלוטרונים במחקר וביישומים רפואיים, למשל לייצור איזוטופים רדיואקטיביים ולקרינה לטיפול בסרטן.
הציקלוטרון בנוי משני חצאי-גליל בצורת האות D, שנקראים "די". בין שני הדי קיימת פרצת זרם חשמלי (מֵרווח) שבה שורר שדה חשמלי שמאיץ את החלקיקים. כל המערכת נמצאת בתוך שדה מגנטי אחיד. השדה המגנטי כופה על החלקיקים תנועה מעגלית, ולכן הם חוזרים כל פעם לאזור ההאצה. מאחר שתדירות הסיבוב של החלקיק בשדה המגנטי אינה משתנה עם מהירותו, אפשר להתאים שדה חשמלי מתנודד באותה תדירות. כך, בכל מעבר בין הדי החלקיק מקבל דחיפה נוספת. בכל מעבר הוא מוסיף לאנרגיה שלו כמות ששווה למטען שלו כפול המתח בין הדי.
שדה מגנטי משנה בעיקר את כיוון התנועה של חלקיקים טעונים, אך כמעט לא משנה את מהירותם. לכן תנועתם במישור שניצב לכיוון השדה היא מעגלית. רדיוס המסלול גדל כשהחלקיק נע במהירות גבוהה יותר, ואילו תדירות הסיבוב תלויה רק במטען, בשדה המגנטי ובמסה של החלקיק, ולא במהירותו. כשמהירות החלקיק מתקרבת למהירות האור, צריך להשתמש בחוקי היחסות. האנרגיה שנוספת גורמת ל"הגדלת המסה" בפועל, ושינוי זה משנה את תדירות הסיבוב. התופעה הזו מפריעה לסינכרון עם השדה החשמלי ומגבילה את האנרגיות שניתן להשיג בציקלוטרון הקלאסי.
בכל מעבר בין הדי החלקיק צובר אנרגיה, והמסלול שלו מתרחב עד שהוא יוצא מהמכשיר. ניתן להעלות את האנרגיה המקסימלית על ידי הגדלת רדיוס הציקלוטרון או על ידי הגברת השדה המגנטי. כדי להגיע לאנרגיות גבוהות צריך שדות בסדר גודל של טסלה ותדרים של מאות מגה-הרץ. באין אפשרות להתמודד עם השפעות יחסותיות משתמשים בסוגים מתקדמים יותר של מאיצים, כמו הסינכרו-ציקלוטרון והסינכרוטרון.
הרעיון להאיץ חלקיקים באופן מלאכותי התגבש אחרי עבודותיו של רתרפורד; ארנסט לורנס בנה את הציקלוטרון הראשון בשנים 1930, 1931. בשנות ה-30 גדלו הציקלוטרונים והעלו את האנרגיות שהושגו, עד לכ-16 MeV בסוף העשור. מעלות יחסותיות בסוף שנות ה-40 הובילו לפיתוח מאיצים אחרים. במהלך השנים השתמשו בציקלוטרונים לייצור איזוטופים רדיואקטיביים (כמו טכנציום) ולגילוי יסודות חדשים, בין היתר בתהליכים חשובים בפיזיקה הגרעינית.
בישראל יש כמה ציקלוטרונים. שניים מהם פועלים בבתי חולים בהדסה עין כרם ומשמשים לייצור ואנליזות מחקריות. יש מכשיר במרכז למחקר גרעיני בנחל שורק שמשרת ייצור שוטף, ומכשיר נוסף בחברה פרטית לייצור חומרים רפואיים. המרכזים מייצרים בעיקר פלואור-18, שמשמש באבחון מחלת הסרטן בבדיקת PET, ובאחד המרכזים מייצרים גם איזוטופים לסימון מולקולות כמו אצטט וכולין.
ציקלוטרון הוא מכשיר שמאיץ חלקיקים. חלקיק הוא חלק זעיר מאוד.
המכשיר בנוי משני חצאי-גליל בצורת D. בין החצאים יש רווח עם שדה חשמלי.
שדה מגנטי גדול גורם לחלקיקים ללכת במעגלים. כל פעם שהם עוברים ברווח, השדה החשמלי נותן להם דחיפה. כך הם צוברים אנרגיה קצת קצת.
השדה המגנטי משנה רק את הכיוון של החלקיק, לא את המהירות שלו. לכן החלקיקים מסתובבים במעגלים.
כשחלקיק נע מאוד מהר, קרוב למהירות האור, זה משנה את התנהגותו. אז כבר לא ניתן להאיץ אותו בקלות בציקלוטרון הרגיל.
ציקלוטרונים מייצרים חומרים רדיואקטיביים. רדיואקטיבי זה אומר שהחומר מפיק קרינה.
חומרים כאלה עוזרים בבדיקות רפואיות, כמו בדיקת PET. במכשירים גם משתמשים בטיפולים שמשתמשים בקרינה נגד גידולים.
הציקלוטרון הומצא על ידי ארנסט לורנס בתחילת שנות ה-30. ב-1939 הוא קיבל פרס נובל.
מאז בנו ציקלוטרונים גדולים יותר, והיום משתמשים בהם בעיקר לייצור איזוטופים רפואיים.
בישראל יש כמה ציקלוטרונים. שניים בביה"ח הדסה בעין כרם. יש אחד בשורק ועוד אחד בחברה פרטית. הם מייצרים בעיקר פלואור-18 לבדיקות PET.
תגובות גולשים