質(zhì)譜儀加速器1

1、復(fù)習(xí)：速度選擇器復(fù)習(xí)：速度選擇器n要使帶電粒子從上往下勻速直線運(yùn)動(dòng)要使帶電粒子從上往下勻速直線運(yùn)動(dòng)B的方向該如何？的方向該如何？E的方向該如何？的方向該如何？問問：1、正電荷能自上而下通過嗎？、正電荷能自上而下通過嗎？2、同樣速率的帶電粒子能自下而上通過疊加場(chǎng)、同樣速率的帶電粒子能自下而上通過疊加場(chǎng)區(qū)域嗎？區(qū)域嗎？+BEqEqvB 1BEv 一、質(zhì)譜儀一、質(zhì)譜儀+1BEv 2mvRqB2122qvEmRBB B LLn質(zhì)譜儀在化學(xué)分析、原子核技術(shù)中有重要應(yīng)用，其發(fā)明質(zhì)譜儀在化學(xué)分析、原子核技術(shù)中有重要應(yīng)用，其發(fā)明者阿斯頓因此獲者阿斯頓因此獲1922年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。較大的速度

2、較大的速度V如何獲如何獲??？?。考铀倨骷铀倨鞫?、加速器二、加速器n（一）、直線加速器（一）、直線加速器U1U2U3U4圓筒間圓筒間加速加速圓筒內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)，圓圓筒內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)，圓筒逐級(jí)加長筒逐級(jí)加長思考：直線加速器有何缺點(diǎn)？思考：直線加速器有何缺點(diǎn)？（二（二) 回旋加速器回旋加速器1. 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： （見教材（見教材P101圖圖35-4）D型金屬扁盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)型金屬扁盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中中兩個(gè)兩個(gè)D型金屬扁盒與高頻交變電源型金屬扁盒與高頻交變電源相連相連兩兩D型金屬扁盒狹縫中央放有粒型金屬扁盒狹縫中央放有粒子源子源S, 產(chǎn)生有待加速的帶電粒子產(chǎn)生有待加速的帶電粒子.磁場(chǎng)磁場(chǎng)作用：作用：偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn) 交

3、變電場(chǎng)交變電場(chǎng)作用：加速作用：加速 兩兩D型盒相隔一狹縫作為加速電場(chǎng)區(qū)型盒相隔一狹縫作為加速電場(chǎng)區(qū)E軌道半徑：軌道半徑： r = mv/Bq運(yùn)動(dòng)周期運(yùn)動(dòng)周期 ：T= 2 m / Bq2. 工作原理：工作原理：A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v63. 幾個(gè)相關(guān)問題的討論：幾個(gè)相關(guān)問題的討論：A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v61) 頻率條件：頻率條件： 帶電粒子在一個(gè)帶電粒子在一個(gè)D型盒內(nèi)做半型盒內(nèi)做半圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)狹縫時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)狹縫時(shí),必須趕上必須趕上腳變電壓也經(jīng)歷半個(gè)周期的變化腳變電壓也經(jīng)歷半個(gè)周期的變

4、化,以保證粒子在到達(dá)狹縫時(shí)總是遇以保證粒子在到達(dá)狹縫時(shí)總是遇到加速電場(chǎng)到加速電場(chǎng). 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的周期 T= 2 m / Bq 要實(shí)現(xiàn)粒子總被加速要實(shí)現(xiàn)粒子總被加速,則有高頻交變電壓的周期等于粒子則有高頻交變電壓的周期等于粒子在磁場(chǎng)中的周期即在磁場(chǎng)中的周期即: T電電= T磁磁 = 2 m / Bqf電電= f磁磁 = Bq / 2 m A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v62) 帶電粒子在帶電粒子在D型盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的速度和半徑型盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的速度和半徑 設(shè)兩設(shè)兩D型盒狹縫間的加速電壓型盒狹縫間的加速電壓為為U,粒子剛從粒子源

5、產(chǎn)生出來的粒子剛從粒子源產(chǎn)生出來的速度為速度為V0 ，第一次被加速后的，第一次被加速后的速度為速度為V1 ，以，以V1速度做圓周運(yùn)速度做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為動(dòng)的軌道半徑為R1在加速場(chǎng)區(qū)：在加速場(chǎng)區(qū)： q U = mv12/2 mv02/2 (1) R1 = mv1/ B q (2)第第n次被加速后的速度為次被加速后的速度為Vn ，以，以Vn速度做圓速度做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為Rnq U = mvn2/2 mvn-12/2 (3)Rn = mvn/ B q (4)A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v63) 回旋加速器加速粒子的最大能量回旋

6、加速器加速粒子的最大能量 設(shè)設(shè)D型盒的半徑為型盒的半徑為R，引出的，引出的粒子速度為粒子速度為V. EK = mv2/2 = q2 B 2R2/2m 因?yàn)橐驗(yàn)閒 = Bq / 2 m R= mV/ B q 故故: EK = 2 2m f2 R2美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家勞倫斯美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家勞倫斯(E.O.Lawrence)1932年建成回旋年建成回旋加速器，為此獲得了加速器，為此獲得了1939年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。歐洲核子研究中心（歐洲核子研究中心（CERN）的）的LHC思考：回旋加速器有缺點(diǎn)嗎？思考：回旋加速器有缺點(diǎn)嗎？SLAC in Stanfordn請(qǐng)同學(xué)們自行上網(wǎng)了解高能粒子加速器的發(fā)展情況請(qǐng)同學(xué)們自行上網(wǎng)了解高能粒子加速器的發(fā)展情況n課堂練習(xí)：活頁P(yáng)125n例例.已知回旋加速器中已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)形盒內(nèi)勻