質譜儀加速器1

1、復習：速度選擇器復習：速度選擇器n要使帶電粒子從上往下勻速直線運動要使帶電粒子從上往下勻速直線運動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、同樣速率的帶電粒子能自下而上通過疊加場區(qū)域嗎？區(qū)域嗎？+BEqEqvB 1BEv 一、質譜儀一、質譜儀+1BEv 2mvRqB2122qvEmRBB B LLn質譜儀在化學分析、原子核技術中有重要應用，其發(fā)明質譜儀在化學分析、原子核技術中有重要應用，其發(fā)明者阿斯頓因此獲者阿斯頓因此獲1922年度諾貝爾化學獎。年度諾貝爾化學獎。較大的速度

2、較大的速度V如何獲如何獲??？取？加速器加速器二、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勻速運動，圓圓筒內勻速運動，圓筒逐級加長筒逐級加長思考：直線加速器有何缺點？思考：直線加速器有何缺點？（二（二) 回旋加速器回旋加速器1. 結構：結構： （見教材（見教材P101圖圖35-4）D型金屬扁盒置于勻強磁場型金屬扁盒置于勻強磁場B中中兩個兩個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, 產生有待加速的帶電粒子產生有待加速的帶電粒子.磁場磁場作用：作用：偏轉偏轉 交

3、變電場交變電場作用：加速作用：加速 兩兩D型盒相隔一狹縫作為加速電場區(qū)型盒相隔一狹縫作為加速電場區(qū)E軌道半徑：軌道半徑： r = mv/Bq運動周期運動周期 ：T= 2 m / Bq2. 工作原理：工作原理：A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v63. 幾個相關問題的討論：幾個相關問題的討論：A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v61) 頻率條件：頻率條件： 帶電粒子在一個帶電粒子在一個D型盒內做半型盒內做半圓周運動到達狹縫時圓周運動到達狹縫時,必須趕上必須趕上腳變電壓也經(jīng)歷半個周期的變化腳變電壓也經(jīng)歷半個周期的變

4、化,以保證粒子在到達狹縫時總是遇以保證粒子在到達狹縫時總是遇到加速電場到加速電場. 帶電粒子在勻強磁場中的周期帶電粒子在勻強磁場中的周期 T= 2 m / Bq 要實現(xiàn)粒子總被加速要實現(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中的周期即在磁場中的周期即: 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型盒內運動的速度和半徑型盒內運動的速度和半徑 設兩設兩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、產生出來的粒子剛從粒子源產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速度做圓周運速度做圓周運動的軌道半徑為動的軌道半徑為R1在加速場區(qū)：在加速場區(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動的軌道半徑為周運動的軌道半徑為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 設設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 因為因為f = Bq / 2 m R= mV/ B q 故故: EK = 2 2m f2 R2美國實驗物理學家勞倫斯美國實驗物理學家勞倫斯(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。年的諾貝爾物理獎。歐洲核子研究中心（歐洲核子研究中心（CERN）的）的LHC思考：回旋加速器有缺點嗎？思考：回旋加速器有缺點嗎？SLAC in Stanfordn請同學們自行上網(wǎng)了解高能粒子加速器的發(fā)展情況請同學們自行上網(wǎng)了解高能粒子加速器的發(fā)展情況n課堂練習：活頁P125n例例.已知回旋加速器中已知回旋加速器中D形盒內勻強磁場的磁感應形盒內勻