质谱仪加速器1.pptVIP

复习：速度选择器 要使带电粒子从上往下匀速直线运动 一、质谱仪 质谱仪在化学分析、原子核技术中有重要应用，其发明者阿斯顿因此获1922年度诺贝尔化学奖。 二、加速器 （一）、直线加速器 欧洲核子研究中心（CERN）的LHC 思考：回旋加速器有缺点吗？ SLAC in Stanford 请同学们自行上网了解高能粒子加速器的发展情况 课堂练习：活页P125 例.已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5T,D形盒的半径为R=60cm,两盒间隙d=1.0cm,两盒间电压U=2.0×104V,今将a粒子从近于间隙中心某点向D形盒内以近似于零的初速度,垂直于半径的方向射入,求粒子在加速器内运动的时间? 作业：活页课时跟踪训练（十七） * * B的方向该如何？ E的方向该如何？ 问：1、正电荷能自上而下通过吗？ 2、同样速率的带电粒子能自下而上通过叠加场区域吗？ + — B E + — L 较大的速度V如何获取？ 加速器 U1 U2 U3 U4 圆筒间加速 圆筒内匀速运动，圆筒逐级加长 思考：直线加速器有何缺点？ （二) 回旋加速器 1. 结构： （见教材P101图3－5-4） D型金属扁盒置于匀强磁场B中 两个D型金属扁盒与高频交变电源相连 两D型金属扁盒狭缝中央放有粒子源S, 产生有待加速的带电粒子. 磁场—作用：偏转 交变电场—作用：加速 两D型盒相隔一狭缝作为加速电场区E 轨道半径： r = mv/Bq 运动周期 ：T= 2π m / Bq 2. 工作原理： A0 A1 A`1 A`3 A`5 A3 A5 A`2 A`4 A`6 A2 A4 A6 v0 v1 v3 v5 v2 v4 v6 3. 几个相关问题的讨论： A0 A1 A`1 A`3 A`5 A3 A5 A`2 A`4 A`6 A2 A4 A6 v0 v1 v3 v5 v2 v4 v6 1) 频率条件： 带电粒子在一个D型盒内做半圆周运动到达狭缝时,必须赶上脚变电压也经历半个周期的变化,以保证粒子在到达狭缝时总是遇到加速电场. 带电粒子在匀强磁场中的周期 T= 2π m / Bq 要实现粒子总被加速,则有高频交变电压的周期等于粒子在磁场中的周期即: T电= T磁 = 2π m / Bq f电= f磁 = Bq / 2π m A0 A1 A`1 A`3 A`5 A3 A5 A`2 A`4 A`6 A2 A4 A6 v0 v1 v3 v5 v2 v4 v6 2) 带电粒子在D型盒内运动的速度和半径 设两D型盒狭缝间的加速电压为U,粒子刚从粒子源产生出来的速度为V0 ，第一次被加速后的速度为V1 ，以V1速度做圆周运动的轨道半径为R1 在加速场区： q U = mv12/2 – mv02/2 ……(1) R1 = mv1/ B q ……(2) 第n次被加速后的速度为Vn ，以Vn速度做圆周运动的轨道半径为Rn q U = mvn2/2 – mvn-12/2 ……(3) Rn = mvn/ B q ……(4) A0 A1 A`1 A`3 A`5 A3 A5 A`2 A`4 A`6 A2 A4 A6 v0 v1 v3 v5 v2 v4 v6 3) 回旋加速器加速粒子的最大能量 设D型盒的半径为R，引出的粒子速度为V. EK = mv2/2 = q2 B 2R2/2m 因为f = Bq / 2π m R= mV/ B q 故: EK = 2π 2m f2 R2 美国实验物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)1932年建成回旋加速器，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。 *