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，測得P點到進(jìn)入磁場處的距離為x，寫出此離子質(zhì)量的計算式.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加速電場中的運(yùn)動時間相等，因為交變電壓的變化周期相同0Um—UmU/vT2TU~1234靶++直線加速器

直線加速器有多個加速電場,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個圓筒時的動能為多大?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

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)米加速實驗室，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間(不計通過縫隙的時間）。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，哪個電子先回到原來的出發(fā)點A.同時到達(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。一個氫核從ad邊的中點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，則這個氫核射出磁場的位置是 （）

A．在b、n之間某點

B．在n、a之間某點

C．a(chǎn)點

D．在a、m之間某點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。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子，在x軸上到原點的距離為x0的P點，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。不計重力的影響。由這些條件可知，()A．不能確定粒子通過y軸時的位置

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)歷的時間

D．以上三個判斷都不對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，有兩個質(zhì)量和電量相同的正、負(fù)離子，從Ｏ點以相同的速度射入磁場中，射入方向均與邊界成θ角，若不計重力，則正、負(fù)離子在磁場中：Ａ、運(yùn)動的時間相同Ｂ、運(yùn)動的軌道半徑相同Ｃ、重新回到邊界時速度大小和方向