回旋加速器(1)

1、帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)回旋加速器回旋加速器世界上最大、能量最高的粒子加速器世界上最大、能量最高的粒子加速器歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) 世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大爆炸世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大爆炸 中國(guó)參與研究中國(guó)參與研究 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底100米、長(zhǎng)達(dá)米、長(zhǎng)達(dá)27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行。公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行。科學(xué)家預(yù)計(jì)，科學(xué)家預(yù)計(jì)，粒子互相撞擊時(shí)所產(chǎn)生的溫度，比太陽溫度還要高粒子互相撞擊時(shí)所產(chǎn)生的溫度，比太陽溫度還要高10萬倍，就好比萬倍，就好比137億年前宇億年前宇宙發(fā)生大爆炸時(shí)那一剎那的情況。宙發(fā)生大爆炸時(shí)那一剎那的情況。 在瑞士和法國(guó)

2、邊界地在瑞士和法國(guó)邊界地區(qū)的地底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科學(xué)區(qū)的地底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科學(xué)家們正式展開了被外界形家們正式展開了被外界形容為容為“末日實(shí)驗(yàn)?zāi)┤諏?shí)驗(yàn)”的備受的備受爭(zhēng)議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了爭(zhēng)議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了全球最大型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)全球最大型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，把次原子的粒子把次原子的粒子運(yùn)行速度加快至接近光速運(yùn)行速度加快至接近光速，并將互相撞擊，模擬宇宙并將互相撞擊，模擬宇宙初開初開“大爆炸大爆炸”后的情況。后的情況?？茖W(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，有助解開宇宙間部分謎團(tuán)。有助解開宇宙間部分謎團(tuán)。但有人擔(dān)心，今次實(shí)驗(yàn)或但有人擔(dān)心，今次實(shí)驗(yàn)或會(huì)制造小型黑洞吞噬地球，會(huì)制造小型黑洞吞噬地球，令

3、末日論流言四起。令末日論流言四起。1、如何讓帶電粒子加速？、如何讓帶電粒子加速？ 初速度為零的帶電粒子進(jìn)入初速度為零的帶電粒子進(jìn)入勻強(qiáng)電勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)，在電場(chǎng)力的作用下做勻加速直線運(yùn)，在電場(chǎng)力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做正功，帶電粒動(dòng)。電場(chǎng)力對(duì)帶電粒子做正功，帶電粒子速度變大，動(dòng)能增加。子速度變大，動(dòng)能增加。2、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速、帶電粒子在電場(chǎng)中的加速帶電粒子初速度為帶電粒子初速度為0，將，將其加速到其加速到V需要多大的電需要多大的電壓？壓？+U+-q221qmvu mquv2高壓高壓高壓產(chǎn)生的問題高壓產(chǎn)生的問題1、容易擊穿電極板。、容易擊穿電極板。2、容易使周圍的空氣電離變

4、成導(dǎo)體。、容易使周圍的空氣電離變成導(dǎo)體。如何變高壓為低壓如何變高壓為低壓火炬火炬分級(jí)分級(jí)傳遞傳遞抗震救災(zāi)抗震救災(zāi)解放軍解放軍分級(jí)分級(jí)傳遞瓦礫傳遞瓦礫蓋瓦蓋瓦瓦片的瓦片的分級(jí)分級(jí)傳遞傳遞分級(jí)加速分級(jí)加速3、直線加速器、直線加速器UUUUU優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)電壓獨(dú)立，低壓分級(jí)加速優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)電壓獨(dú)立，低壓分級(jí)加速缺點(diǎn)：級(jí)數(shù)太多，占用空間太大缺點(diǎn)：級(jí)數(shù)太多，占用空間太大如何解決？如何解決？斯坦福直線加速器中心鳥瞰圖斯坦福直線加速器中心鳥瞰圖1962年斯坦福直線加速器中心成立后，開年斯坦福直線加速器中心成立后，開始建造始建造2英里長(zhǎng)的直線加速器和實(shí)驗(yàn)區(qū)英里長(zhǎng)的直線加速器和實(shí)驗(yàn)區(qū) 利用磁場(chǎng)讓粒子做圓周運(yùn)動(dòng)！利用磁

5、場(chǎng)讓粒子做圓周運(yùn)動(dòng)！回旋加速器回旋加速器以正粒子為例以正粒子為例+-V1V1V2V2V3+-+-+-要使帶電粒子每次經(jīng)過平行極板時(shí)都被加速則平行極要使帶電粒子每次經(jīng)過平行極板時(shí)都被加速則平行極板間的電壓需周期性改變方向。且板間的電壓需周期性改變方向。且電壓的周期電壓的周期與帶電與帶電粒子在磁場(chǎng)中做粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同相同周期會(huì)隨著勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度的越來越大而周期會(huì)隨著勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速度的越來越大而變小嗎？變小嗎？vrT2qBmvrqBmT2與粒子的運(yùn)動(dòng)速與粒子的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，對(duì)于同度無關(guān)，對(duì)于同一粒子周期不變一粒子周期不變!例題例題 回旋加速器D形盒的半徑為

6、r，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一個(gè)質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子在加速器的中央從速度為零開始加速，根據(jù)回旋加速器的這些數(shù)據(jù)估算該粒子離開回旋加速器時(shí)獲得的速度，及回旋加速器的電場(chǎng)變化周期。qBmT2mqBrv D形盒的半徑越大，粒形盒的半徑越大，粒子所能獲得的速度越大子所能獲得的速度越大V0V1V2V3V4V53 3、帶電粒子的最終能量、帶電粒子的最終能量 當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其在磁場(chǎng)當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也最大，由中的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也最大，由r=mv/qBr=mv/qB知道知道v=qBr/mv=qBr/m 若若D D形盒的半徑為形盒的半徑為R R時(shí)，帶電粒子的出時(shí)，帶電粒子的

7、出射速度變?yōu)樯渌俣茸優(yōu)関=qBR/mv=qBR/m所以，帶電粒子的最終動(dòng)能為所以，帶電粒子的最終動(dòng)能為2222mq R BEm=所以，要提高加速粒子的最終能量，就應(yīng)該盡所以，要提高加速粒子的最終能量，就應(yīng)該盡可能的加大可能的加大B B的強(qiáng)度和的強(qiáng)度和D D形盒的半徑形盒的半徑R R拓展延伸拓展延伸2201cvmm速度越大，質(zhì)量越大速度越大，質(zhì)量越大 qBmT2北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘 大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的平，是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧

8、，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。工程就是要再添磁力。 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在我國(guó)大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在我國(guó)大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，為示范之作。為示范之作。1988年年10月月16日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被形容為形容為“我國(guó)繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，我國(guó)繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)重大改。北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)重大改造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置造工程