帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動一

會計(jì)學(xué)1帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動一一、運(yùn)動電荷在磁場中的運(yùn)動規(guī)律第1頁/共14頁F洛=0勻速直線運(yùn)動F洛=Bqv勻速圓周運(yùn)動F洛=Bqv⊥等距螺旋（0＜θ＜90°）V//BV⊥Bv與B成θ角在只有洛侖茲力的作用下一、運(yùn)動電荷在磁場中的運(yùn)動規(guī)律第2頁/共14頁垂直磁場方向：R＝mvsinθ/qBT=2πm/qB平行磁場方向：螺距d＝2πmcosθ/qB第3頁/共14頁

人類對速度的渴望從未停止過，經(jīng)過前輩們的不懈研究探索，光速幸運(yùn)地成為了我們世界的極限速度。但單就目前人類的科技水平，想要在宏觀世界中接近或達(dá)到光速就好比是天方夜譚。不過在微觀世界中，由于回旋加速器的出現(xiàn)，粒子已經(jīng)能被加速到很高的速度。因此，回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科研、醫(yī)療等諸多方面；且隨著人們需求的增加，可以加速多種粒子的加速器也應(yīng)運(yùn)而生。超靈敏小型回旋加速器二、回旋加速器第4頁/共14頁１.直線加速器二、回旋加速器原理：帶電粒子受電場力作用，當(dāng)場力對粒子做正功，使其獲得高能量缺點(diǎn)：①電壓不可能無限提高，特別是裝置的耐壓程度有一定的限制②占有得空間范圍大第5頁/共14頁２.回旋加速器回旋加速器是利用磁場使帶電粒子作回旋運(yùn)動，在運(yùn)動中經(jīng)高頻電場反復(fù)加速的裝置回旋加速器的主要結(jié)構(gòu)是在磁極間的真空室內(nèi)有兩個半圓形的金屬扁盒（D形盒）隔開相對放置，D形盒上加交變電壓，其間隙處產(chǎn)生交變電場。置于中心的粒子源產(chǎn)生帶電粒子射出來，受到電場加速，在D形盒內(nèi)不受電場，僅受磁極間磁場的洛倫茲力，在垂直磁場平面內(nèi)作圓周運(yùn)動。第6頁/共14頁

如果D形盒上所加的變交電壓的頻率恰好等于粒子在磁場中作圓周運(yùn)動的頻率，則粒子繞行半圈后正趕上D形盒上極性變號，粒子仍處于加速狀態(tài)。由于上述粒子繞行半圈的時間與粒子的速度無關(guān)，因此粒子每繞行半圈受到一次加速，繞行半徑增大。經(jīng)過很多次加速，粒子沿螺旋形軌道從D形盒邊緣引出，能量可達(dá)幾十兆電子伏特（MeV）第7頁/共14頁那么如何使交變電壓的頻率恰好等于粒子在磁場中作圓周運(yùn)動的頻率就是回旋加速器要解決的主要問題運(yùn)動的帶電粒子在磁場中所受的洛侖茲力為：F=Bqv帶電粒子做圓周運(yùn)動的向心力為：F=mv2/R將兩式聯(lián)立得：mv2/R=BqvR=mv/Bq則粒子做圓周運(yùn)動的周期為：T=2πR/vT=2πm/Bq

由此可見，粒子運(yùn)動的周期與其速度、半徑是無關(guān)的，我們只要每隔半個周期調(diào)整兩極板間的電壓方向，就可以實(shí)現(xiàn)對帶電粒子的不斷加速。這也是為什么要使用交流電的原因。第8頁/共14頁２.工作原理第9頁/共14頁①交變電壓的周期＝帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期

T＝2πm/Bq.②設(shè)粒子被引出D形盒前最后半周的軌道半徑為R，則帶電粒子從加速器飛出時的速度為Vmax=BqR/m.

引出速度只與磁感強(qiáng)度和D形盒半徑有關(guān)，與加速電壓無關(guān)。因?yàn)榧铀匐妷褐挥绊憥щ娏Ｗ蛹铀俚目偞螖?shù)。

不過根據(jù)狹義相對論原理，粒子的質(zhì)量隨速度的增大而增大，如果加于D形盒兩極的交變電場頻率不變的話，粒子由于每次遲到一點(diǎn)而不能保證總被加速。上述回旋加速的理論就不再適用了。對于同樣的動能，質(zhì)量愈小的粒子速率愈大，相對論效應(yīng)也愈顯著。因此回旋加速器更適用于加速較重的粒子，但其速率始終不能無限制的提高。第10頁/共14頁三、質(zhì)譜儀１.電場和磁場都能對帶電粒子施加影響，電場既能使帶電粒子加速，又能使帶電粒子偏轉(zhuǎn)；磁場雖不能使帶電粒子速率變化，但能使帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)．２.質(zhì)譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量，軌道半徑確定其質(zhì)量的儀器，叫做質(zhì)譜儀．第11頁/共14頁3.質(zhì)譜儀的構(gòu)造