回旋加速器及習(xí)題訓(xùn)練實用教案

1、一、回旋一、回旋(huxun)(huxun)加速器的特點加速器的特點 兩兩D形盒間縫隙形盒間縫隙(fngx)有高頻交變電場有高頻交變電場. 兩兩D形盒中有強大的磁場無電場形盒中有強大的磁場無電場.第1頁/共19頁第一頁，共20頁。第2頁/共19頁第二頁，共20頁。二、回旋二、回旋(huxun)(huxun)加速器的加速原理加速器的加速原理 電場使粒子加速，磁場使粒子回旋. 粒子回旋的周期(zhuq)不隨半徑改變. 粒子在一個周期(zhuq)加速兩次.u保證粒子始終被加速,交變電場的周期與粒子回旋(huxun)的周期有什么樣的關(guān)系？第3頁/共19頁第三頁，共20頁。4mBq 2 mBq 3 mB

2、q U0t第4頁/共19頁第四頁，共20頁。二、回旋二、回旋(huxun)(huxun)加速器的加速原理加速器的加速原理 電場使粒子加速(ji s)，磁場使粒子回旋. 粒子回旋的周期不隨半徑改變. 粒子在一個周期加速(ji s)兩次. 交變電場的周期與粒子回旋的周期相等，保證粒子始終被加速(ji s).第5頁/共19頁第五頁，共20頁。6qBmTT2磁電RvmBqvmm2mqBRvm1. 粒子(lz)能回旋加速的條件？2. 粒子回旋加速后的最大速度(sd)和最大動能？三、回旋加速器中的基本三、回旋加速器中的基本(jbn)(jbn)問題問題mRBqEk2222假設(shè)由你來設(shè)計一臺回旋加速度器，要求

3、能使帶電粒假設(shè)由你來設(shè)計一臺回旋加速度器，要求能使帶電粒子獲得更高的能量，你打算采用哪些措施？子獲得更高的能量，你打算采用哪些措施？提高電源電壓？提高電源電壓？加大加大D形盒的半徑？形盒的半徑？增加磁感應(yīng)強度？增加磁感應(yīng)強度？第6頁/共19頁第六頁，共20頁。美美國國(m(mi i u u)物物理理學(xué)學(xué)家家 勞勞倫倫斯斯1932年，美國物理學(xué)家勞倫斯正是(zhn sh)沿著與上述相仿的巧妙思路，發(fā)明了回旋加速器，從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進了一大步。為此，勞倫斯獲得了1939年的諾貝爾物理學(xué)獎。第7頁/共19頁第七頁，共20頁。8第8頁/共19頁第八頁，共20頁。qBmTT2磁電

4、nTt 2212mmvnqU RvmBqvmm2mqBRvm1. 粒子(lz)能回旋加速的條件？2. 粒子(lz)回旋加速后的最大速度和最大動能？3. 粒子回旋加速的時間？（忽略電場(din chng)中加速的時間）三、回旋加速器中的基本問題三、回旋加速器中的基本問題mRBqEk2222UBRt22第9頁/共19頁第九頁，共20頁。1. 1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形合D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙(kngx)，下列說法正確的是 ( )A離子由加速器的中心附近進入加速器B離子由加速器的邊緣進入加速器C離子從磁場中獲得能量D離子從電場中獲得能

5、量即時即時(jsh)突破突破 小試牛刀小試牛刀答案(d n)：AD第10頁/共19頁第十頁，共20頁。2回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖所示設(shè)D形盒半徑為R若用回旋加速器加速質(zhì)子時，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，高頻交流電頻率為f.則下列說法正確的是（ ）A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2fRB.質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關(guān)C.只要(zhyo)R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值D.不改變B和f，該回旋加速器

6、也能用于加速粒子答案(d n)：AB第11頁/共19頁第十一頁，共20頁。3.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分(b fen)是分別與高頻交流電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是()A增大勻強電場間的加速電壓B增大磁場的磁感應(yīng)強度C減小狹縫間的距離D增大D形金屬盒的半徑答案(d n)：BD第12頁/共19頁第十二頁，共20頁。4.兩個相同的回旋加速(ji s)器,分別接在加速(ji s)電壓為U1和U2的高頻交流電源上，且U22

7、U1，有兩個相同的帶電粒子分別在這兩個加速(ji s)器中運動，設(shè)兩個粒子在加速(ji s)器中運動的時間分別為t1和t2，獲得的最大動能分別為Ek1和Ek2，則有（ ）At1=t2 ，Ek1=Ek2 Bt1=t2 ，Ek1t2 ， Ek1=Ek2 Dt1t2 ，Ek1d時，質(zhì)子在電場中加速的總時間(shjin)相對于在D形盒中回旋的總時間(shjin)可忽略不計（質(zhì)子在電場中運動時，不考慮磁場的影響）.UBRt2)2(2磁avtm電mdqUmqBRUBRdRdtt2磁電1第15頁/共19頁第十五頁，共20頁。6.正電子發(fā)射計算機斷層（PET）是分子水平上的人體功能顯像的國際領(lǐng)先技術(shù)，它為臨床

8、診斷和治療提供了全新的手段.（1）PET所用回旋加速(ji s)器示意圖如圖示，其中置于高真空中的金屬D形盒的半徑為R，兩盒間距為d，在左側(cè)D形盒圓心處放有粒子源S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向如圖所示.質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷量為q.設(shè)質(zhì)子從粒子源S進入加速(ji s)電場時的初速度不計，質(zhì)子在加速(ji s)器中運動的總時間為t（其中已略去了質(zhì)子在加速(ji s)電場中的運動時間），質(zhì)子在電場中的加速(ji s)次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同，加速(ji s)電子時的電壓大小可視為不變.求此加速(ji s)器所需的高頻電源頻率f 和加速(ji s)電壓U.mqBf2) 1 (tBRU22第16頁/共

9、19頁第十六頁，共20頁。 回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強度為回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強度為B，D形盒的直形盒的直徑為徑為d，用該回旋加速器加速質(zhì)量為，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為、電量為q的粒子，的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：（1） 粒子的回旋周期是多大？粒子的回旋周期是多大？（2）高頻電極的頻率為多大？）高頻電極的頻率為多大？（3） 粒子的最大速度、最大動能各是多大？粒子的最大速度、最大動能各是多大？（4）設(shè)兩）設(shè)兩D形盒間電場的電勢差為形盒間電場的電勢差為U，求加速到上述求加速到上述(shngsh)能量所需的時間能量所需的時間(不計粒子在不計粒子在

10、電場中運動的時間電場中運動的時間)例例1qBmT2) 1 (mqBdvm2)3(mdBqEk8222mqBf2)2(UBdt842）（第17頁/共19頁第十七頁，共20頁。18 粒子在磁場中做圓周運動周期是否變化？ 電場變化周期與粒子在磁場中做圓周運動周期的關(guān)系？ 電場一個周期中方向變化幾次？ 粒子每一個周期加速幾次？ 粒子加速的最大速度由哪些量決定？ 粒子在電場加速過程中時間是否可忽略？ 只有回旋加速器的半徑(bnjng)足夠大，粒子是否可被加速到任意值？小結(jié)小結(jié)(xioji)(xioji) 粒子在磁場中做勻速圓周運動,周期不變 電場變化的周期與粒子在磁場中做圓周運動周期相同 電場一個周期中方向變化兩次 粒子每一個周期加速(ji s)兩次 粒子加速(ji s)的最大速度由盒的半徑和磁場強度決定 電場加速(ji s)過程中,時間極短,可忽略 回旋加速(ji s)器的局限性第18頁/共19頁第十八頁，共20頁。2022-5-12謝謝您的觀看(gunkn)！第19頁/共19頁第十九頁，共20頁。No