质谱仪回旋加速器精要.ppt

１.关于回旋加速器的工作原理，下列说法正确的是： * 可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子 这就是质谱仪的工作原理 一、质谱仪原理分析 1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一 电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子质量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类 质谱仪的两种装置 ⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径 为r,则有： N U O M B 可得 ⑵带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有： M B2 E B1 N qE=qvB1 可得： 均可测定荷质比 1.加速器的种类有哪些? 2.各自是如何实现对带电粒子加速的? 3.各有什么优缺点? 阅读课本P101 思考下列问题 1．加速原理： 利用加速电场对带电粒子做正功使 带电粒子的动能增加。 二.加速器 直线加速器 + U + + + 2．直线加速器（多级加速） 　 如图所示是多级加速装置的原理图： 二.加速器 直线加速器 ～ 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 斯坦福大学的加速器 多级直线加速器有什么缺点？ 直线加速器 利用加速电场对带电粒子做正功,使带电的粒子动能增加， 即 qU =ΔEk ②直线加速器的多级加速： 教材图3.6-5所示的是多级 加速装置的原理图，由动能定理可知，带电粒子经n级的电场加速后增加的动能， ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un） ③直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。 P1 图3.6-5多级加速器 P2 P3 P4 P5 P6 一级 二级 三级 n级 … ①加速原理： 回旋加速器 1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器， 从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖． 回旋加速器 回旋加速器 1、作用：产生高速运动的粒子 2、原理 用磁场控制轨道、用电场进行加速 + - + - ~ 回旋加速器 回旋加速器 交变 回旋加速器 交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB D v=？ U B 解： 当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=D形盒的半径 回旋加速器 D v=？ U B 回旋加速器 问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以无限制增大呢? 回旋加速器 美国费米实验室加速器 2.交变电场的周期和粒子的运动周期 T相同----保证粒子每次经过交变 电场时都被加速 1. 粒子在匀强磁场中的运动周期不变 回旋加速器 3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径 就增大一次,每次增加的动能为 4.粒子加速的最大速度由盒的半径决定 周期与速度和轨道半径无关 带电粒子做匀速圆周运动的周期公式 , 带电粒子的周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨道半径无关。 因而圆运动周长 也将与v成正比例地增大， 如果其他因素(q、m、B)不变, 则当速率v加大时, 得知圆运动半径将与v成正比例地增大, 由 因此运动一周的时间（周期）仍将保持原值。 最终能量 粒子运动半径最大为D形盒的半径R 带电粒子经加速后的最终能量： 由 有 所以最终能量为 讨论：要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？ 回旋加速器加速的带电粒子, 能量达到25 MeV ～30 MeV后，就很难再加速了。 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 A、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B、电场和磁场同时用来加速带电粒子 C、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由加速电压决定 D、同一加速器，对某种确定的粒子，它获得的最大动能由磁感应强度B决定和加速电压决定 (A) 2．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速．两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子（电荷量为q质量为m，不计重力）射出时的动能，则下列方法中正确的是： (