質(zhì)譜儀回旋加速器課件

可見半徑不同意味著比荷不同，意味著它們是不同的粒子這就是質(zhì)譜儀的工作原理一、質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀:是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、工作原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，由于粒子質(zhì)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類質(zhì)譜儀的兩種裝置⑴帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,由電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,設(shè)軌道半徑為r,則有：NUOMB可得⑵帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,以速度v穿過速度選擇器(電場強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1),垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場.設(shè)軌道半徑為r,則有：MB2EB1NqE=qvB1可得：均可測定荷質(zhì)比1.加速器的種類有哪些?2.各自是如何實現(xiàn)對帶電粒子加速的?3.各有什么優(yōu)缺點?閱讀課本P101

思考下列問題1．加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加。二.加速器直線加速器+U+++2．直線加速器（多級加速）如圖所示是多級加速裝置的原理圖：二.加速器直線加速器～直線加速器粒子在每個加速電場中的運動時間相等，因為交變電壓的變化周期相同斯坦福大學(xué)的加速器多級直線加速器有什么缺點？直線加速器利用加速電場對帶電粒子做正功,使帶電的粒子動能增加，即

qU=ΔEk②直線加速器的多級加速：教材圖3.6-5所示的是多級加速裝置的原理圖，由動能定理可知，帶電粒子經(jīng)n級的電場加速后增加的動能，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）③直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。P1圖3.6-5多級加速器P2P3P4P5P6一級二級三級n級…①加速原理：回旋加速器1932年,美國物理學(xué)家勞侖斯發(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(jìn)了一大步．為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎．回旋加速器回旋加速器1、作用：產(chǎn)生高速運動的粒子2、原理用磁場控制軌道、用電場進(jìn)行加速+-+-~回旋加速器回旋加速器交變回旋加速器交變電壓的周期TE=粒子在磁場中運動的周期TBDv=？UB解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時，粒子的運動半徑=D形盒的半徑回旋加速器Dv=？UB回旋加速器問題6：D越大，EK越大，是不是只要D不斷增大，EK

就可以無限制增大呢?回旋加速器美國費米實驗室加速器2.交變電場的周期和粒子的運動周期

T相同----保證粒子每次經(jīng)過交變電場時都被加速1.粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動周期不變

回旋加速器問題歸納3.帶電粒子每經(jīng)電場加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動能為4.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定問題歸納周期與速度和軌道半徑無關(guān)帶電粒子做勻速圓周運動的周期公式,帶電粒子的周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān)。因而圓運動周長也將與v成正比例地增大，如果其他因素(q、m、B)不變,則當(dāng)速率v加大時,得知圓運動半徑將與v成正比例地增大,由因此運動一周的時間（周期）仍將保持原值。最終能量粒子運動半徑最大為D形盒的半徑R帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：由有所以最終能量為討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什么措施？回旋加速器加速的帶電粒子,能量達(dá)到25MeV

～30MeV后，就很難再加速了。在磁場中做圓周運動,周期不變每一個周期加速兩次電場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加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定電場加速過程中,時間極短,可忽略結(jié)論１.關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是：A、電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子回旋B、電場和磁場同時用來加速帶電粒子C、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動能由加速電壓決定D、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B決定和加速電壓決定(A)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兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強(qiáng)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面的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距離為d，勻強(qiáng)電場間的加速電壓為U，要增大帶電粒子（電荷量為q質(zhì)量為m，不計重力）射出時的動能，則下列方法中正確的是：()A．增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓B．減小狹縫間的距離 C．增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度D．增大D形金屬盒的半徑dRBU解：CD北京正負(fù)電子對撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，是一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構(gòu)成一個多學(xué)科陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對撞機(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。

北京正負(fù)電子對撞機(jī)在我國大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，為示范之作。1988年10月16日凌晨實現(xiàn)第一次對撞時，曾被形容為“我國繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負(fù)對撞機(jī)重大改造工程的實施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級換代”，繼續(xù)立在國際高能物理的前端。北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程完工后，將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對撞機(jī)之一。世界上最大、能量最高的粒子加速器——歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)

世界最大對撞機(jī)啟動模擬宇宙大爆炸中國參與研究

這項實驗在深入地底100米、長達(dá)27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行?？茖W(xué)家預(yù)計，粒子互相撞擊時所產(chǎn)生的溫度，比太陽溫度還要高10萬倍，就好比137億年前宇宙發(fā)生大爆炸時那一剎那的情況。在瑞士和法國邊界地區(qū)的地底實驗室內(nèi)，科學(xué)家們正式展開了被外界形容為“末日實驗”的備受爭議的計劃。他們啟動了全球最大型的強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)，把次原子的粒子運行速度加快至接近光速，并將互相撞擊，模擬宇宙初開“大爆炸”后的情況。科學(xué)家希望借這次實驗，有助解開宇宙間部分謎團(tuán)。但有人擔(dān)心，今次實驗或會制造小型黑洞吞噬地球，令末日論流言四起。四、霍爾效應(yīng)

1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場中，如果磁場方向與電流方向垂直，則在與磁場和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。四、霍爾效應(yīng)如圖，導(dǎo)電板高度為b厚度為d放在垂直于它的磁場B中。當(dāng)有電流I通過它時，由于磁場使導(dǎo)體內(nèi)移動的電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在A、A’兩側(cè)分別聚集了正、負(fù)電荷，在導(dǎo)電板的A、A’兩側(cè)會產(chǎn)生一個電勢差U。設(shè)導(dǎo)電板內(nèi)運動電荷的平均定向速率為u，它們在磁場中受到的洛侖茲力為：當(dāng)導(dǎo)電板的A、A’兩側(cè)產(chǎn)生電勢差后，運動電荷會受到電場力：導(dǎo)電板內(nèi)電流的微觀表達(dá)式為：由以上各式解得：其中叫霍爾系數(shù)

例12、霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力。當(dāng)靜電子與洛侖茲力達(dá)到平衡時，導(dǎo)體上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。設(shè)電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e?；卮鹣铝袉栴}：（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢_____下側(cè)面的電勢（填高于、低于或等于）。（2）電子所受洛侖茲力的大小為______