回旋加速器課件

1、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) ——回旋加速器,高二物理組 鮑亮亮,問(wèn)題:為什么要制造加速器?,,用什么方法可以加速帶電粒子？,利用電場(chǎng)可使帶電粒子加速．,帶電粒子加速后可獲得多大動(dòng)能？,qU=Ek,思考：要提高粒子的能量，怎么辦？,要獲得高能量的帶電粒子，就必須盡量提高加速電壓．但我們知道，實(shí)際能達(dá)到的電壓值總是有限的，不可能太高，因而用這種方法加速粒子，獲得的能量也不夠大，只能達(dá)到幾十萬(wàn)至幾兆電子伏．,直線加速器,若已知每一個(gè)加速電

2、場(chǎng)的電壓為U，經(jīng)N個(gè)加速電場(chǎng)，求粒子離開電場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能？,NqU =Ek,一級(jí),二級(jí),三級(jí),n級(jí),世界最大直線加速器：斯坦福大學(xué)直線加速器,,2英里長(zhǎng)的直線加速管,,能不能建造一種加速器，在較小的空間范圍內(nèi)讓粒子受到多次加速獲得所需要的能量呢？,1932年美國(guó)科學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地應(yīng)用帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)解決了這一問(wèn)題。為此，勞倫斯于1939年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,直線加速器的缺點(diǎn)：,體積通常較大，占地面積大

3、。,1、構(gòu)造：回旋加速器主要由D形盒、強(qiáng)電磁鐵、交變電源、粒子源、引出裝置等組成.,【回旋加速器】,2、原理,用磁場(chǎng)圓周回旋、用電場(chǎng)進(jìn)行加速,,,,,,,,,,,,,,,,,,~,1、磁場(chǎng)的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，并在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期和速率、半徑均無(wú)關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速。,2、電場(chǎng)的作用：回旋加速器的兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在

4、周期性變化的并垂直于兩D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速．,3、交變電壓的作用：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過(guò)窄縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。,1、要想加速，交變電壓的周期 T電應(yīng)該滿足什么條件？,2、帶電粒子經(jīng)過(guò)加速后的半徑之比？,3、粒子所獲得的最大能量與什么因素有關(guān)？,4、粒子在磁場(chǎng)中的加速次數(shù)是？,5、粒子在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間分別是多少？,例1（200

5、8廣東物理卷第4題）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖1所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說(shuō)法正確的是,,A．離子由加速器的中心附近進(jìn)入 加速器B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C．離子從磁場(chǎng)中獲得能量D．離子從電場(chǎng)中獲得能量,例2.在某回旋加速器中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,粒子源射出的粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，粒子的最大回旋半徑為Rm ，問(wèn)： （1）D形盒內(nèi)有無(wú)電

6、場(chǎng)？ （2）粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？ （3）所加交變電場(chǎng)的周期是多大？ （4）粒子離開加速器時(shí)的能量是多大？ （5）設(shè)兩D形盒間電勢(shì)差為U，其間電場(chǎng)均勻，求把粒子加速到上述能量所需時(shí)間。（不計(jì)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間）,回旋加速器的運(yùn)用,PET(CT)機(jī),目前世界上最大的回旋加速器在美國(guó)費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)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(duì)撞機(jī)是世界八大高能加速器中心之一.1

7、988年10月16日，兩束正負(fù)電子在北京西郊一個(gè)羽毛球拍狀的巨型機(jī)器里成功對(duì)撞，揭開了我國(guó)高能物理研究的新篇章。,,,北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：能使電子束能量達(dá)到3GeV左右,歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）是世界上最大的粒子加速器，建于瑞士和法國(guó)邊境地區(qū)地下100米深處的環(huán)形隧道中，隧道全長(zhǎng)26.659公里。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)2003年開始修建，將近80個(gè)國(guó)家和地區(qū)的2000多名科學(xué)家參與這一研究項(xiàng)目。,課堂小結(jié),一、直線加速器,二、回旋加速器,1