质谱仪,回旋加速器.ppt

一个带电量为e 的粒子，通过一个电势差U，就可以获得的能量 ，在直线加速里粒子获得的能量与加速中心长度成正比。 直线加速器的工作原理图: 沿直线排列着一些金属圆筒状电极(也称作漂移管)，奇数电极和偶数电极分别连接在高频电源的两个输出端上。当从电子枪发射的电子走出第一个漂移管时，第一个漂移管正好处于负电势，而第二个漂移管处于正电势，于是电子受到加速。动能的增长量  式中e 为电子电量， 为加速电压的幅值， 为电子通过加速间隙中心时加速电压的相角。 * 质 谱 仪和 回 旋 加 速 器 一、质 谱 仪 具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素，质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的仪器，它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成，它的结构原理如图所示。 返回 例. 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，从离子源S产生质量为m、电量为q的正离子，其初速可视为零．离子经过加速电压U加速后垂直进入有界匀强磁场(图中线框所示)，并沿着半圆周运动而到达照相底片上的P点，测得P点到进入磁场处的距离为x，写出此离子质量的计算式. U P B x S 解： 返回 二、直线加速器 由于电压的限制，所以一次加速后粒子获得的能量较小，如何获得较大的能量呢？ q U qU=ΔEk ～ 直线加速器 粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同 0 Um —Um U/v T 2T U~ 1 2 3 4 靶 + + 直线加速器 直线加速器有多个加速电场,从而能使带电粒子获得更大的能量. A 思考: 带电粒子穿越第n个圆筒时的动能为多大? 直线加速器  北京正负电子对撞机改造后的直线加速器 直线加速器可使粒子获得足够大的能量．但它占地太长，能否既让带电粒子多次加速，获得较高能量，又尽可能减少占地长度呢？ 二、回旋加速器 结构：两个 D 形金属扁盒，在其上加有磁场和交变的电场。将一粒子置于两个 D形盒的缝隙处。 二、回旋加速器 回旋加速器 回旋加速器 若D形盒半径为R，磁感应强度B. 粒子最终速度： 所获动能为： 提高加速粒子最后的能量的方法： 增大磁感应强度B 增大加速器的半径R vm=qBR/m Ek=1/2mvm2 回旋加速器 两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。 电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。 粒子回旋的周期不随半径改变。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。 在磁场中做圆周运动,周期不变 每一个周期加速两次 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 电场一个周期中方向变化两次 粒子加速的最大速度由盒的半径决定 电场加速过程中,时间极短,可忽略 结论 直径为10.2cm的第一台回旋加速器。 目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生的高能粒子能量为5000亿电子伏特。 北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一.1988年10月16日，两束正负电子在北京西郊一个羽毛球拍状的巨型机器里成功对撞，揭开了我国高能物理研究的新篇章。 例.回旋加速器的D形盒的半径为R，用来加速质量为m，带电量为q 的质子，使质子由静止加速到能量为E 后，由A 孔射出。求： （1）加速器中匀强磁场B 的方向和大小。 （2）设两D形盒间的距离为d，其间电压为U，加速到上述 能量所需回旋周数. （3）加速到上述能量所需时间(不计通过缝隙的时间）。 A ～U d 解：（1）由 qvB=mv2 /R E=1/2×mv2 B的方向垂直于纸面向里. （2）质子每加速一次，能量增加为qU，每周加速两次， 所以 n=E/2qU （3）周期T=2πm / qB 且周期与半径r及速度v 都无关 t = nT = E/2qU×2πm / qB = πm E/q2 UB 返回 一个带电量为e 的粒子，通过一个电势差U，就可以获得的能量 ，在直线加速里粒子获得的能量与加速中心长度成正比。 直线加速器的工作原理图: 沿直线排列着一些金属圆筒状电极(也称作漂移管)，奇数电极和偶数电极分别连接在高频电源的两个输出端上。当从电子枪发射的电子走出第一个漂移管时，第一个漂移管正好处于负电势，而第二个漂移管处于正电势，于是电子受到加速。动能的增长量  式中e 为电子电量， 为加速电压的幅值， 为电子通过加速间隙中心时加速电压的相角。 *