2023學年完整公開課版回旋加速器

回旋加速器

＋－mqE=1/2mv2=qu實際電壓值不可能太高如何突破電壓限制＋－＋－＋－＋－mquuu加速器應具備的基本要素1利用電場加速帶電粒子;2通過多級加速獲得高能粒子;3將加速電場以外的區(qū)域靜電屏蔽;直線加速器缺點:所占空間大耗材多耗資大2英里長的直線加速器速調(diào)管大廳斯坦福直線加速器中心鳥瞰圖１９３２年，美國物理學家勞倫斯（１９０１－－１９５８）發(fā)明了回旋加速器，并為此獲得了１９３９年諾貝爾物理學獎．回旋加速器的工作原理：1構(gòu)造：D形盒、強電磁鐵、交變電源、粒子源、引出裝置等組成回旋加速器各組成部分的作用:3兩個D形金屬盒相當于兩個電極,在窄縫間形成電場縫窄,帶電粒子的運動時間才可忽略同時D形金屬盒起屏蔽作用,盒內(nèi)無電場4高頻電源提供交變電壓1電場的加速2磁場的偏轉(zhuǎn)××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××U~B演示U~AA’BB’A1A’1B1B’1++××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××U~B演示U~AA’BB’A1A’1B1B’1++回旋加速器的工作條件:交變電壓的方向每周期改變兩次；帶電粒子每運動一周需要改變電壓方向兩次；交變電壓的周期＝帶電粒子在磁場中運動的周期Ｔ交＝Ｔ磁回旋加速器的幾點注意：（１）帶電粒子在D形盒中的軌道半徑:（２）帶電粒子每次在每個D形盒中的運動時間:（３）帶電粒子從加速器飛出時的速度：（４）帶電粒子從加速器飛出時的動能：a由E=nqu可知:n加速次數(shù)越多，u越大，ＥＫ就越大．注意：－－－－加速電壓越大，帶電粒子每次加速的動能增量越大，回旋半徑也增大得越多，導致帶電粒子在Ｄ形盒中的回旋次數(shù)越少；反之，加速電壓越小，回旋次數(shù)越多．可見加速電壓只影響帶電粒子加速的總次數(shù)，并不影響引出速度和相應的動能．b由ＥＫ＝１／２mv2＝q2B2R2/2m可知：Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．注意：雖然洛倫茲力不做功，但帶電粒子從加速器飛出時的最大動能卻與磁感應強度有關(guān)；雖然電場使帶電粒子加速，但粒子的最大動能卻與縫隙間的加速電壓無關(guān)．（５）帶電粒子在回旋加速器中的總運動時間：（a）若忽略帶電粒子在電場中的運動時間（b）若考慮帶電粒子在電場中的運動時間，（且假設(shè)電場是等間距的勻強電場）回旋加速器的缺點：最高能量只能達到20兆電子伏特因為當帶電粒子的速率大到接近光速時,按照相對論原理,粒子的質(zhì)量隨速率增大而明顯增加,從而使粒子的回旋周期也隨之變化,破壞了加速器的同步條件一些新型的加速器例１：１９８９年初，，若每級的加速電壓為Ｕ＝２０×１０５Ｖ，則需經(jīng)過幾級加速？例２：已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強磁場的磁感應強度B=15T，D形盒的半徑為R=60cm，兩盒間電壓u=2×104V，今將α粒子從近于間隙中心某處向D形盒內(nèi)近似等