質(zhì)譜儀,回旋加速器

質(zhì)譜儀和回旋加速器

一、質(zhì)譜儀具有相同核電荷數(shù)而不同質(zhì)量數(shù)的原子互稱同位素，質(zhì)譜儀是分離各種元素的同位素并測量它們質(zhì)量的儀器，它由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏等組成，它的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。返回

例.質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，從離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m、電量為q的正離子，其初速可視為零．離子經(jīng)過加速電壓U加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(圖中線框所示)，并沿著半圓周運(yùn)動而到達(dá)照相底片上的P點(diǎn)，測得P點(diǎn)到進(jìn)入磁場處的距離為x，寫出此離子質(zhì)量的計(jì)算式.UPBxS解：返回二、直線加速器

由于電壓的限制，所以一次加速后粒子獲得的能量較小，如何獲得較大的能量呢？qUqU=ΔEk～直線加速器粒子在每個(gè)加速電場中的運(yùn)動時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤?Um—UmU/vT2TU~1234靶++直線加速器

直線加速器有多個(gè)加速電場,從而能使帶電粒子獲得更大的能量.A

思考:帶電粒子穿越第n個(gè)圓筒時(shí)的動能為多大?直線加速器

北京正負(fù)電子對撞機(jī)改造后的直線加速器

直線加速器可使粒子獲得足夠大的能量．但它占地太長，能否既讓帶電粒子多次加速，獲得較高能量，又盡可能減少占地長度呢？二、回旋加速器結(jié)構(gòu)：兩個(gè)D

形金屬扁盒，在其上加有磁場和交變的電場。將一粒子置于兩個(gè)

D形盒的縫隙處。二、回旋加速器回旋加速器

回旋加速器

若D形盒半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度B.粒子最終速度：所獲動能為：提高加速粒子最后的能量的方法：增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B

增大加速器的半徑Rvm=qBR/mEk=1/2mvm2回旋加速器兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場無電場，盒間縫隙有交變電場。電場使粒子加速，磁場使粒子回旋。粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。在磁場中做圓周運(yùn)動,周期不變每一個(gè)周期加速兩次電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動周期相同電場一個(gè)周期中方向變化兩次粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定電場加速過程中,時(shí)間極短,可忽略結(jié)論直徑為10.2cm的第一臺回旋加速器。

目前世界上最大的回旋加速器在美國費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為2公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為5000億電子伏特。

北京正負(fù)電子對撞機(jī)是世界八大高能加速器中心之一.1988年10月16日，兩束正負(fù)電子在北京西郊一個(gè)羽毛球拍狀的巨型機(jī)器里成功對撞，揭開了我國高能物理研究的新篇章。

例.回旋加速器的D形盒的半徑為R，用來加速質(zhì)量為m，帶電量為q的質(zhì)子，使質(zhì)子由靜止加速到能量為E后，由A孔射出。求：（1）加速器中勻強(qiáng)磁場B的方向和大小。（2）設(shè)兩D形盒間的距離為d，其間電壓為U，加速到上述能量所需回旋周數(shù).（3）加速到上述能量所需時(shí)間(不計(jì)通過縫隙的時(shí)間）。A

～Ud解：（1）由qvB=mv2/RE=1/2×mv2B的方向垂直于紙面向里.（2）質(zhì)子每加速一次，能量增加為qU，每周加速兩次，所以n=E/2qU（3）周期T=2πm/qB且周期與半徑r及速度v都無關(guān)t=nT=E/2qU×2πm/qB=πmE/q2UB返回1.在勻強(qiáng)磁場內(nèi)部的兩電子A和B分別以速率v和2v垂直射人勻強(qiáng)磁場，經(jīng)偏轉(zhuǎn)后，哪個(gè)電子先回到原來的出發(fā)點(diǎn)A.同時(shí)到達(dá)B.A先到達(dá)C.B先到達(dá)D.無法判斷2.一質(zhì)子和一電子以相同的速度進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，則兩者A.軌道半徑不同，回轉(zhuǎn)方向不同B.軌道半徑不同，回轉(zhuǎn)方向相同C.軌道半徑相同，回轉(zhuǎn)方向不同D.軌道半徑相同，回轉(zhuǎn)方向相同AA5、有三束粒子，分別是質(zhì)子、氚核和粒子，如果它們以相同的速度沿垂直與磁場方向射入勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，則正確表示這三束粒子運(yùn)動軌跡的是BBBBABCD

圖為云室中某粒子穿過鉛板前后的軌跡，室中勻強(qiáng)磁場的方向與軌跡所在平面垂直(圖中垂直于紙面向里)．由此可知此粒子A．一定帶正電B．一定帶負(fù)電C．不帶電D．可能帶正電，也可能帶負(fù)電PA初速為v0的電子，沿平行于通電長直導(dǎo)線的方向射出，直導(dǎo)線中電流方向與電子的初始運(yùn)動方向如圖所示，則()A．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率不變

B．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率改變

C．電子將向左偏轉(zhuǎn)，速率不變

D．電子將向右偏轉(zhuǎn)，速率改變v0-e左右A返回19．如圖所示，正方形區(qū)域abcd中充滿勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里。一個(gè)氫核從ad邊的中點(diǎn)m沿著既垂直于ad邊又垂直于磁場的方向，以一定速度射入磁場，正好從ab邊中點(diǎn)n射出磁場。若將磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍.其他條件不變，則這個(gè)氫核射出磁場的位置是 （）

A．在b、n之間某點(diǎn)

B．在n、a之間某點(diǎn)

C．a(chǎn)點(diǎn)

D．在a、m之間某點(diǎn)2004年北京理綜19adcbmnBvC返回

如圖，在x>0,y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度的方向垂直于Oxy平面向里，大小為B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子，在x軸上到原點(diǎn)的距離為x0的P點(diǎn)，以平行于y軸的初速度射入此磁場，在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場。不計(jì)重力的影響。由這些條件可知，()A．不能確定粒子通過y軸時(shí)的位置

B．不能確定粒子速度的大小

C．不能確定粒子在磁場中運(yùn)動所經(jīng)歷的時(shí)間

D．以上三個(gè)判斷都不對04年春季理綜22．xyOPx0BD返回

如圖所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的邊界上，有兩個(gè)質(zhì)量和電量相同的正、負(fù)離子，從Ｏ點(diǎn)以相同的速度射入磁場中，射入方向均與邊界成θ角，若不計(jì)重力，則正、負(fù)離子在磁場中：Ａ、運(yùn)動的時(shí)間相同Ｂ、運(yùn)動的軌道半徑相同Ｃ、重新回到邊界時(shí)速度大小和方向