回旋加速器课件
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《回旋加速器》课件
《回旋加速器》ppt 课件
xx年xx月xx日
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器的工作原理 • 回旋加速器的应用 • 回旋加速器的挑战与未来发展 • 结论
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
01
回旋加速器简介
回旋加速器的定义
01
回旋加速器是一种利用磁场和电 场对带电粒子进行加速的装置， 通常用于高能物理实验和放射性 治疗等领域。
03
回旋加速器的应用
核物理研究
核物理实验
回旋加速器是进行核物理实验的重要 工具，如研究原子核的结构、衰变等 。
探测放射性粒子的性质
利用回旋加速器产生的粒子束，可以 探测和研究放射性粒子的性质，如能 量、寿命等。
核能研究
回旋加速器在核能研究中也有广泛应 用，如研究核聚变、核裂变等。
探测暗物质
回旋加速器产生的粒子束可以用于探 测暗物质，帮助科学家更好地理解宇 宙的构成。
率和安全性。
其他应用领域
01
02
03
工业应用
回旋加速器在工业上有广 泛应用，如无损检测、材 料科学等。
环境保护
利用回旋加速器产生的粒 子束，可以对环境污染进 行监测和控制。
农业应用
在农业领域，回旋加速器 可以用于研究植物的生理 和生长过程，以及农药和 化肥的效果评估等。
04
回旋加速器的挑战与未来 发展
才储备。
国际交流
加强国际间的交流与合 作，共同推进回旋加速 器技术的发展和应用。
政策支持
政府应给予回旋加速器 领域更多的政策支持和 资金投入，促进其可持
续发展。
THANKS
感谢观看
粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。
xx年xx月xx日
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器的工作原理 • 回旋加速器的应用 • 回旋加速器的挑战与未来发展 • 结论
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
01
回旋加速器简介
回旋加速器的定义
01
回旋加速器是一种利用磁场和电 场对带电粒子进行加速的装置， 通常用于高能物理实验和放射性 治疗等领域。
03
回旋加速器的应用
核物理研究
核物理实验
回旋加速器是进行核物理实验的重要 工具，如研究原子核的结构、衰变等 。
探测放射性粒子的性质
利用回旋加速器产生的粒子束，可以 探测和研究放射性粒子的性质，如能 量、寿命等。
核能研究
回旋加速器在核能研究中也有广泛应 用，如研究核聚变、核裂变等。
探测暗物质
回旋加速器产生的粒子束可以用于探 测暗物质，帮助科学家更好地理解宇 宙的构成。
率和安全性。
其他应用领域
01
02
03
工业应用
回旋加速器在工业上有广 泛应用，如无损检测、材 料科学等。
环境保护
利用回旋加速器产生的粒 子束，可以对环境污染进 行监测和控制。
农业应用
在农业领域，回旋加速器 可以用于研究植物的生理 和生长过程，以及农药和 化肥的效果评估等。
04
回旋加速器的挑战与未来 发展
才储备。
国际交流
加强国际间的交流与合 作，共同推进回旋加速 器技术的发展和应用。
政策支持
政府应给予回旋加速器 领域更多的政策支持和 资金投入，促进其可持
续发展。
THANKS
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粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。
回旋加速器课件
回旋加速器:(1)构造:回旋加速器的核心部件是两个D 形扁金属盒，整个装置放在真空容器中，如图所示。
①两个D形盒之间留有一个窄缝，在中心位置放有粒子源。
②两个D形盒分别接在高频交变电源的两极上，在两盒间的窄缝中形成一个方向呈周期性变化的交变电场。
(2)原理:利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，如图所示。
①磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期与速度和半径无关，使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间(半个周期)后，平行于电场方向进入电场中加速。
②交流电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与相同的交流电压。
(3)特点①带电粒子在D形盒中的回转周期等于两盒狭缝间高频电场的变化周期，与带电粒子速度无关(磁场保证带电粒子做回旋运动，如图所示)。
②带电粒子在D形金属盒内运动的轨道半径不等距分布。
设带正电粒子的质量为m，电荷量为q，狭缝间加速电压大小为U，粒子源产生的带电粒子，经电场加速第一次进入左半盒时速度和半径分别为。
第二次进入左半盒时，经电场加速3次，进人左半盒的速度和半径为第k次进入左半盒时，经电场加速(2k一1)次，进入左半盒时速度和半径为所以，任意相邻两轨道半径之比可见带电粒子在D形金属盒内运动时，越靠近D 形金属盒的边缘，相邻两轨道的间距越小。
③带电粒子在回旋加速器内运动的最终能量。
由于D形金属盒的大小一定，所以不管粒子的大小及带电荷量如何，粒子最终从加速器内射出时应具有相同的旋转半径。
由牛顿第二定律得动量大小与动能之间存在定量关系由①②两式得可见，带电粒子离开回旋加速器的动能与加速电压无关，而仅受磁感应强度B和D形盒半径的限制。
加速电压的大小只能影响带电粒子在D形盒内加速的次数。
④带电粒子在回旋加速器内的运动时间。
带电粒子在回旋加速器内运动时间的长短，与带电粒子做匀速圆周运动的周期有关，同时还与带电粒子在磁场中转动的圈数有关。
课件：回旋加速器
1、结构：
① 两个D形盒及两个大磁极 ② D形盒间的窄缝 ③ 高频交流电
2、原理
工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用 和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒 子，这些过程在回旋加速器的核心部件—— 两个D形盒和其间的窄缝内完成。
① 磁场：使带电粒子回旋
② 电场：使带电粒子加速
3.条件
4.运动特点
回旋加速器
背景材料
粒子加速器是一门多专业的综合性学科，它涉及到加速器物
理和许多高技术领域，其中包括射频、电磁场、电源、超高真空、 精密机械、电子学、计算机及网络、自动控制、束流诊断、辐射 防护、低温超导，等等。 粒子加速器不仅是进行高能物理、原子物理、生命科学、材 料科学等多种基础科学研究的重要实验装置，而且在工农业生产 、医疗、辐照和国防建设等方面也有广泛的应用前景。
回旋加速器的局限性
若D形盒的半径为R，则粒子所能获得的最大速度为 Vmax=BRq/m。为了使粒子获得较高的能量，通常要加 大加速电磁铁的重量和D形盒的直径。 不过由于相对论的效应，当粒子的速度太大时，m 不再是常量，从而回旋共振周期将随粒子的速率的增长 而增长，如果加于D形盒两极的交变电场频率不变的话， 粒子由于每次迟到一点而不能保证总被加速，所以粒子 不能无限被加速。 回旋加速器加速粒子能量最高仅能达到20MeV。而 对于直线多级加速器，由于粒子是在一条直线形装置上 被加速的，不存在上述困难。这种多级装置在过去没有 条件建造，现在已经建造出来，长达几公里至几十分里， 可将粒子的能量加速到2000GeV。
欧洲大型强子对撞机（LHC）是世界上最大的粒子加速器， 建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中， 隧道全长26.659公里。大型强子对撞机2003年开始修建， 将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项 目。
《回旋加速器 》课件
03
控制系统的性能直接影响回 旋加速器的整体性能，如加 速粒子的能量、加速效率等 。
04
控制系统的维护和保养也是 非常重要的，因为控制系统 的稳定性会影响粒子的运动 轨迹，进而影响加速器的性 能。
04
回旋加速器的优缺点
优点
高能物理实验的理想工具
回旋加速器能够提供高能粒子束，是进行高能物理实验的理想工具， 有助于深入理解物质的基本结构和性质。
带电粒子在回旋加速器中沿着 环形轨道不断加速和偏转，最 终达到所需的高能状态。
03
回旋加速器的结构与特点
磁铁系统
磁铁系统是回旋加速器的重要组成部分，主要负 责产生强大的磁场，使带电粒子在回旋运动中受 到洛伦兹力的作用而加速。
磁铁系统的性能直接影响回旋加速器的整体性能 ，如加速粒子的能量、加速效率等。
THANKS
感谢观看
缺点
高成本
回旋加速器是一种复杂的大型科学装置， 其建设和运行需要耗费大量的资金和人力
资源，因此其成本较高。
占地面积大
回旋加速器是一种大型装置，其占地面积 较大，需要专门的实验场地进行建设和运
行。
高技术要求
回旋加速器的设计和制造需要高度的技术 水平，同时其运行和维护也需要专业技术 人员，因此其技术要求较高。
回旋加速器通常由两个或多个加速电 极组成，通过周期性地改变电极上的 电压来加速带电粒子。
回旋加速器的发展历程
01
回旋加速器的发展始于20世纪20 年代，最初是由荷兰物理学家塞 缪尔·范德波尔发明的。
02
随着科技的不断进步，回旋加速 器的设计和性能得到了不断改进 ，目前已经广泛应用于科研、医 疗、工业等领域。
可重复性
回旋加速器能够提供稳定、可重复的实验条件，使得科学家可以在相 同条件下进行多次实验，提高实验结果的可靠性和可比较性。
《回旋加速器 》课件
辐射防护
1 2
穿戴防护服和手套
操作人员应穿戴专门设计的防护服和手套，以减 少辐射暴露的风险。
监控辐射剂量
定期监测操作人员的辐射剂量，确保不超过安全 限制，及时采取必要的防护措施。
3
避免长时间暴露
尽可能减少操作人员暴露在回旋加速器辐射下的 时间，采取轮换作业等措施降低辐射风险。
紧急处理措施
制定应急预案
操作人员需经过专业培训
回旋加速器的操作需要专业知识和技能，操 作人员必须经过严格培训和考核，确保具备 足够的安全意识和操作能力。
设备定期维护和检查
为确保回旋加速器的正常运行，应定期进行设备检 查和维护，及时发现并解决潜在的安全隐患。
限制非授权人员接近
回旋加速器区域应设置安全屏障和门禁系统 ，限制非授权人员进入，防止意外事故发生 。
电源系统应具备过流、过压等安全保护措施，以确保回旋加速器 的安全运行。
03
回旋加速器应用
核物理研究
核能研究
回旋加速器用于研究核能产生机制，探索新型核能利 用方式。
核结构研究
通过回旋加速器，科学家可以研究原子核的结构，深 入了解原子核的性质和行为。
核反应研究
回旋加速器用于研究核反应过程，为核能利用、核武 器研发等领域提供理论支持。
了显著提升。
当前研究领域
03
目前，回旋加速器在核物理、粒子物理、医学等领域得到了广
泛应用。
种类与特点
磁极形状分类
根据磁极的形状，回旋加速器可分为分离回 旋加速器和聚焦回旋加速器。
聚焦回旋加速器
磁极呈鞍状，具有较短的加速距离和较好的 粒子聚焦性能。
分离回旋加速器
磁极呈筒状，结构简单，但加速距离较长。
《回旋加速器》PPT课件
外加磁场!利用带电粒子在匀强磁场中做 圆周运动的特点，可使它重返电场，再次
加速．
好，这的确是个巧妙的设想．这也正是 我们要讨论的第二种加速器——回旋加速 器．
2．回旋加速器
如左下图所示．设位于加速电场中心的 粒子源发出一个带正电粒子，以速率v0垂直 进入匀强磁场中．如果它在电场和磁场的协 同配合下，不断地得到加速，你能大致
每次穿越的时间就会越来越短．如要保证同 步，电源频率应该越来越高才行．
谁还有不同的见解呢?
有同学认为电源频率恒定时，也有可能
满足同步条件，只要使得金属圆筒的长度随 着粒子速度的增大而相应地加长就行了．
上述两位同学的意见可谓异曲同工，都有可
能满足同步条件．在具体实施时，人们一般采用 的是后一种方案．很明显，实施这种方案的关键， 在于合理地设计金属圆筒的长度．那么，各圆筒 长度之间究竟应符合怎样的关系才行呢?这个问题 稍微复杂一点，有兴趣的同学在课后可以继续讨 论．通过以上的探索和研究，我们实际上已经勾 画出了一台加速器的雏形了，这样的加速器我们 把它称之什么加速器呢?
直线加速器．
北京正负电子对撞机的注入器部分，就 是一个全长200多米的直线加速器．这类加速
器固然有其优点，但它的设备一字儿排开， 往往很长．于是，我们自然会想到：能否寻 找一种既可使带电粒子实现多级加速，又不 必增加设备长度的方法呢?
如果只用一个电场，带电粒子经过加速 后还能再次返回，那就好了．用什么方法才 能使粒子自动返回呢?
请大家联系已学的知识，要防止外界电 场的干扰，可采用什么措施?
采用静电屏蔽．
对．我们可用金属圆筒代替原来的极板，
将上图改成左下图所示．这样既可以在金属 圆筒的间隙处形成加速电场，又使得圆筒内 部的场强为零，从而消除了减速电场的不利 影响．
第六节回旋加速器课件
回旋加速器还可以用来验证标准模 型中的各种假设和预测，通过高能 粒子的碰撞实验，检验标准模型的 正确性和完备性。
新材料、新能源领域的应用
新材料合成
利用回旋加速器的高能粒子束流 ，可以诱导新材料合成和制备， 开发出具有优异性能的新材料， 应用于航空航天、电子信息等领
域。
新能源开发
通过回旋加速器产生的高能粒子 束流，可以模拟太阳内部的核聚 变反应，为新能源开发提供技术
总结词
提高粒子束流强度是回旋加速器面临的 重要挑战之一，需要采取有效的解决方 案。
VS
详细描述
为了提高粒子束流强度，可以采用先进的 磁场设计和控制技术，优化加速结构，提 高磁场强度和稳定性。此外，还可以通过 改进粒子源和提高注入效率等手段，增加 粒子束的初始流强。
减小设备尺寸
总结词
减小回旋加速器的设备尺寸是实现紧凑型加速器的关键，有助于提高设备的可移动性和 应用范围。
第六节回旋加速器课 件
contents
目录
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器结构与组成 • 回旋加速器应用 • 回旋加速器技术挑战与解决方案 • 回旋加速器未来发展展望 • 回旋加速器实验安全注意事项
CHAPTER 01
回旋加速器简介
定义与工作原理
定义
回旋加速器是一种利用磁场和电场对带电粒子进行加速的装置，通常用于高能 物理实验和放射性治疗等领域。
CHAPTER 05
回旋加速器未来发展展望
高能物理领域的应用
探索基本粒子
回旋加速器在高能物理领域的应 用，主要是用于研究基本粒子的 性质和相互作用，探索宇宙的基
本规律。
寻找暗物质
通过使用回旋加速器，科学家可以 产生高能粒子，模拟宇宙中的粒子 碰撞，寻找暗物质的踪迹，进一步 揭示宇宙的奥秘。
新材料、新能源领域的应用
新材料合成
利用回旋加速器的高能粒子束流 ，可以诱导新材料合成和制备， 开发出具有优异性能的新材料， 应用于航空航天、电子信息等领
域。
新能源开发
通过回旋加速器产生的高能粒子 束流，可以模拟太阳内部的核聚 变反应，为新能源开发提供技术
总结词
提高粒子束流强度是回旋加速器面临的 重要挑战之一，需要采取有效的解决方 案。
VS
详细描述
为了提高粒子束流强度，可以采用先进的 磁场设计和控制技术，优化加速结构，提 高磁场强度和稳定性。此外，还可以通过 改进粒子源和提高注入效率等手段，增加 粒子束的初始流强。
减小设备尺寸
总结词
减小回旋加速器的设备尺寸是实现紧凑型加速器的关键，有助于提高设备的可移动性和 应用范围。
第六节回旋加速器课 件
contents
目录
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器结构与组成 • 回旋加速器应用 • 回旋加速器技术挑战与解决方案 • 回旋加速器未来发展展望 • 回旋加速器实验安全注意事项
CHAPTER 01
回旋加速器简介
定义与工作原理
定义
回旋加速器是一种利用磁场和电场对带电粒子进行加速的装置，通常用于高能 物理实验和放射性治疗等领域。
CHAPTER 05
回旋加速器未来发展展望
高能物理领域的应用
探索基本粒子
回旋加速器在高能物理领域的应 用，主要是用于研究基本粒子的 性质和相互作用，探索宇宙的基
本规律。
寻找暗物质
通过使用回旋加速器，科学家可以 产生高能粒子，模拟宇宙中的粒子 碰撞，寻找暗物质的踪迹，进一步 揭示宇宙的奥秘。
课件：回旋加速器28页PPT
课件：回旋加速器
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 3斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 3斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
《回旋加速器》课件
其他应用领域
医学成像
回旋加速器在医学成像领域也有应用，例如用于生产用于正电子发射断层扫描（PET）的放射性示踪剂。
科学研究
除了上述应用外，回旋加速器还在材料科学、化学、生物学等领域中得到广泛应用，为科学研究提供有力支持。
04
回旋加速器的挑战与未来发展
技术挑战与解决方案
技术挑战
随着科技的发展，回旋加速器的技术挑战也 在不断增加。例如，如何提高加速器的能量 效率、减小设备体积、提高粒子束质量等问 题，都是当前面临的重要挑战。
历史与发展
历史
回旋加速器最初由美国物理学家劳伦 斯于1930年代发明，最初用于研究 原子核物理。
发展
随着科技的不断进步，回旋加速器的 规模和性能不断提升，现已成为高能 物理实验的重要工具。
种类与结构
种类
根据加速粒子的种类和能量需求，回旋加速器可分为不同类 型的加速器，如质子回旋加速器、离子回旋加速器等。
磁场的变化
为了使粒子在回旋过程中保持稳定的 轨道，磁场也必须是周期性变化的。 这个周期与粒子的回旋周期同步。
粒子束的形成和导
粒子束的形成
在回旋加速器中，粒子被加速并形成一个束流。这个束流通常被引导到一个实验室内，以便进行各种 实验。
粒子的导出
为了使粒子束能够用于实验，它必须被导出到实验室内。这通常通过一个特殊的出口或“靶室”来完 成。
对采集到的实验数据进行 处理，提取有用的信息。
结果分析
根据处理后的数据进行分 析，得出实验结论。
结果评估
评估实验结果是否符合预 期，并提出改进意见和建 议。
THANKS
感谢观看
VS
放射性治疗计划
通过回旋加速器，可以精确控制放射剂量 和照射范围，提高放射治疗的准确性和效 果。
回旋加速器的原理及应用资料课件
能量逐渐增加
随着粒子在回旋加速器中不断加速， 其能量逐渐增加。
粒子能量与速度
能量与速度关系
粒子的能量与其速度的平方成正比。
粒子的最大速度
粒子的最大速度受限于回旋加速器的磁场强度和半径。
03 回旋加速器的应用
核物理研究
01
02
03
核能研究
回旋加速器用于加速带电 粒子，以研究核反应和核 能释放过程。
培训。
感谢您的观看
THANKS
原理应用
通过强大的磁场和电场，回旋加速器将带电粒子加速到极 高速度，并引导它们进入聚变反应室。这些粒子碰撞会产 生足够的热量，触发核聚变反应。
特点与贡献
ITER的回旋加速器是迄今为止最大的同类设备之一，其规 模和性能对实现持续的聚变能源输出具有关键作用。
医用回旋加速器
01
概述
医用回旋加速器用于生产放射性药物，这些药物在肿瘤治疗、诊断成像
核结构研究
通过加速带电粒子并使其 与原子核碰撞，研究原子 核的结构和性质。
核衰变研究
回旋加速器用于研究放射 性衰变过程，探索元素的 起源和演化。
放射性治疗
肿瘤治疗
利用回旋加速器产生的质子束或碳离子束等重离子束进行放射治疗，对肿瘤进行高精度和高剂量的照 射。
放射生物学研究
通过回旋加速器产生的射线，研究放射对生物体的影响和机制，为放射治疗提供理论基础。
06 总结与展望
回旋加速器的贡献与意义
推动科技进步
回旋加速器在粒子物理、核物理等领域发挥了关键作用，推动了 相关领域的科技进步。
促进人才培养
回旋加速器实验涉及到多个学科领域，为培养跨学科的旋加速器实验有助于探索宇宙的奥秘，拓展人类对自然界的认识 。
随着粒子在回旋加速器中不断加速， 其能量逐渐增加。
粒子能量与速度
能量与速度关系
粒子的能量与其速度的平方成正比。
粒子的最大速度
粒子的最大速度受限于回旋加速器的磁场强度和半径。
03 回旋加速器的应用
核物理研究
01
02
03
核能研究
回旋加速器用于加速带电 粒子，以研究核反应和核 能释放过程。
培训。
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THANKS
原理应用
通过强大的磁场和电场，回旋加速器将带电粒子加速到极 高速度，并引导它们进入聚变反应室。这些粒子碰撞会产 生足够的热量，触发核聚变反应。
特点与贡献
ITER的回旋加速器是迄今为止最大的同类设备之一，其规 模和性能对实现持续的聚变能源输出具有关键作用。
医用回旋加速器
01
概述
医用回旋加速器用于生产放射性药物，这些药物在肿瘤治疗、诊断成像
核结构研究
通过加速带电粒子并使其 与原子核碰撞，研究原子 核的结构和性质。
核衰变研究
回旋加速器用于研究放射 性衰变过程，探索元素的 起源和演化。
放射性治疗
肿瘤治疗
利用回旋加速器产生的质子束或碳离子束等重离子束进行放射治疗，对肿瘤进行高精度和高剂量的照 射。
放射生物学研究
通过回旋加速器产生的射线，研究放射对生物体的影响和机制，为放射治疗提供理论基础。
06 总结与展望
回旋加速器的贡献与意义
推动科技进步
回旋加速器在粒子物理、核物理等领域发挥了关键作用，推动了 相关领域的科技进步。
促进人才培养
回旋加速器实验涉及到多个学科领域，为培养跨学科的旋加速器实验有助于探索宇宙的奥秘，拓展人类对自然界的认识 。
精品课件——新人教版选修3-1回旋加速器
（1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共
加速了多少次？
（2）交变电源的频率是多大？
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。
世界第二大回旋加速器在 欧洲加速中心，加速器分 布在法国和瑞士两国的边 界。加速器在瑞士，储能 环在法国，产生的高能粒 子能量为280亿电子伏特。
回旋加速器
【问题1】用什么方法可以加
速带电粒子呢?
利用电场使粒子加速 粒子获得动能
1 2 E qU mv 2
一、直线加速器
＋
－ ＋
－
＋
－
＋
－
m q
·
U
U U
……
U
一 级
二 级
三 级
n 级
粒子获得的能量：E=nqU
多级加速器
粒加 子利 加佛 速尼 器亚 斯 坦 福 大 学 的 思考：怎样有效减少加速器占地面积？
×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ××
×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ××
U
×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ××
回旋加速器
二、回旋加速器
1.原理
①磁场：使带电粒子回旋 ②电场：使带电粒子加速 ③条件：交变电场的周期等于匀速圆周运动的周期。 2、结构： ① 两个D形盒及两个大磁极 ② D形盒间的窄缝 ③ 高频交流电
【例1】关于回旋加速器中电场和磁场的作用 的叙述，正确的是( CD ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀 速圆周运动
加速了多少次？
（2）交变电源的频率是多大？
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。
世界第二大回旋加速器在 欧洲加速中心，加速器分 布在法国和瑞士两国的边 界。加速器在瑞士，储能 环在法国，产生的高能粒 子能量为280亿电子伏特。
回旋加速器
【问题1】用什么方法可以加
速带电粒子呢?
利用电场使粒子加速 粒子获得动能
1 2 E qU mv 2
一、直线加速器
＋
－ ＋
－
＋
－
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－
m q
·
U
U U
……
U
一 级
二 级
三 级
n 级
粒子获得的能量：E=nqU
多级加速器
粒加 子利 加佛 速尼 器亚 斯 坦 福 大 学 的 思考：怎样有效减少加速器占地面积？
×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ××
×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ×× ××
U
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回旋加速器
二、回旋加速器
1.原理
①磁场：使带电粒子回旋 ②电场：使带电粒子加速 ③条件：交变电场的周期等于匀速圆周运动的周期。 2、结构： ① 两个D形盒及两个大磁极 ② D形盒间的窄缝 ③ 高频交流电
【例1】关于回旋加速器中电场和磁场的作用 的叙述，正确的是( CD ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀 速圆周运动
高中物理课件《回旋加速
回旋加速器在未来的发展趋势
随着科技的不断进步和应用需 求的不断增加，回旋加速器在 未来将继续发展。
未来回旋加速器可能采用更先 进的控制技术和数据分析技术 ，以提高其自动化和智能化水 平。
未来回旋加速器还可能采用更 环保的材料和能源，以降低其 对环境的影响。
05
CATALOGUE
回旋加速器的挑战与解决方案
磁场系统
磁场类型
回旋加速器中的磁场通常 采用恒定磁场，使带电粒 子在磁场中做圆周运动。
磁铁设计
磁铁的形状和尺寸对磁场 的分布和强度有重要影响 ，是回旋加速器设计的关 键之一。
磁屏蔽措施
为减少外部磁场对加速器 的影响，通常采取磁屏蔽 措施，如使用导磁材料或 接地措施。
真空系统
真空作用
真空检测与控制
采用紧凑型设计
通过优化磁场和电场的设计，减小回旋加速器的体积和重量。
集成化技术
采用先进的集成化技术，将多个部件和系统整合在一起，实现小 型化和轻量化。
选用轻质材料
选用轻质、高强度的材料，如碳纤维复合材料，以减小回旋加速 器的重量。
如何降低回旋加速器的制造成本
1 2
优化设计降低成本
通过优化设计，减少不必要的部件和结构，降低 制造成本。
如何提高回旋加速器的加速效率
优化磁场和电场设计
01
通过改进磁场和电场的设计，提高粒子在回旋加速器中的加速
效率。
采用先进材料和技术
02
利用先进的材料和技术，如超导材料和磁控技术，提高磁场和
电场的强度和稳定性。
优化粒子束流参数
03
通过调整粒子束流的参数，如束流质量和束流强度，提高加速
效率。
如何减小回旋加速器的体积和重量
课件：回旋加速器
A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高
C．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大
D．污水流量Q与U成正比
B
b
a
Q
c
【课外练习】：图为一种获得高能粒子的装置。环行区域内存在垂直纸面 向外的、大小可调节的均匀磁场。质量为m，电量为+q的粒子在环中做半径 为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板。原来电势都为零，每当 粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的 电场中得到加速。每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场中一 次次加速下动能不断增大，而半径不变。
5.粒子在半径一定（为R）的加速器中加速 获得的最大速度与什么因素有关？与电场的 电压、磁场的磁感应强度是否有关？
由最大半径得： R＝ mv E 1 mv 2 B2q2R2
qB
2
2m
R越大，B越大，粒子获得的能量E 越大。E与加速电压U无关
回旋加速器
扩展
1、带电粒子在两D形盒中回 旋周期等于两盒狭缝之间高 频电场的变化周期，粒子每 经过一个周期，被电场加速 几次？
磁场的几个实际应用
一、回旋加速器
• 在现代物理学中为了进一步研究物质的微 观结构，需要用能量很高的粒子来轰击原 子核。为了使带电粒子获得如此高的能量 ，就必须设计一个能给粒子加速的装置－ －加速器
问题1：用什么方法可把带电粒子加速呢？
问题2：带电粒子电荷、质量一定，要使它 获得的能量增加可采用什么方法呢？
1.结构：
2.工作原理：
（1）电场的作用：加速
（2）磁场的作用：使粒子的速度方 向改变
思考：
课件：回旋加速器
（1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共 加速了多少次？
（2）交变电源的频率是多大？
动能：1.92×10-12J
次数6.0×102
频率：7.6×106Hz
例2：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正 确的是( CD ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动
例3：回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒间的交 变电压为U＝2×104V，静止质子经电场加速后，进入 D形盒，其最大轨道半径R＝1m，磁场的磁感应强度 B＝0.5T，质子的质量m＝1.67×10－19C。问：
解：设碳离子到达b处时的速度为v1 从c端射出时的速度为v2， 由动能定理得： eU = mv12/2， neU = mv22/2 －mv12/2， 进入磁场后，碳离子做圆周运动， R=mv2/Bne，得 加速管b a b
a 加速管
C
c
加速管
加速管
1 2m Un 1 R 0.75m Bn e
第六节 回旋加速器
一、直线加速器
＋
－ ＋
－
＋
－
＋
－
m q
·
U 一 级
U 二 级 U
… … U n 级
三 级
粒子获得的能量：E=nqU
思考：有人认为只要使加速电压提高到足够大，就可 以避免因多级加速而使直线加速器长度过长，这种设 想可行吗？
例1：串列加速器是用来产生高能离子的装置。图中虚线框 内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b处有很高的正电 势U，a、c两端均有电极接地（电势为零）。现将速度很低的负 一价碳离子从a端输入，当离子到达ｂ处时，可被设在ｂ处的特 殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小。 这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁 感应强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动。 已知碳离子的质量为m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T， n=2，基元电荷e=1.6×10-19C，求R。
（2）交变电源的频率是多大？
动能：1.92×10-12J
次数6.0×102
频率：7.6×106Hz
例2：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正 确的是( CD ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动
例3：回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒间的交 变电压为U＝2×104V，静止质子经电场加速后，进入 D形盒，其最大轨道半径R＝1m，磁场的磁感应强度 B＝0.5T，质子的质量m＝1.67×10－19C。问：
解：设碳离子到达b处时的速度为v1 从c端射出时的速度为v2， 由动能定理得： eU = mv12/2， neU = mv22/2 －mv12/2， 进入磁场后，碳离子做圆周运动， R=mv2/Bne，得 加速管b a b
a 加速管
C
c
加速管
加速管
1 2m Un 1 R 0.75m Bn e
第六节 回旋加速器
一、直线加速器
＋
－ ＋
－
＋
－
＋
－
m q
·
U 一 级
U 二 级 U
… … U n 级
三 级
粒子获得的能量：E=nqU
思考：有人认为只要使加速电压提高到足够大，就可 以避免因多级加速而使直线加速器长度过长，这种设 想可行吗？
例1：串列加速器是用来产生高能离子的装置。图中虚线框 内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b处有很高的正电 势U，a、c两端均有电极接地（电势为零）。现将速度很低的负 一价碳离子从a端输入，当离子到达ｂ处时，可被设在ｂ处的特 殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小。 这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁 感应强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动。 已知碳离子的质量为m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T， n=2，基元电荷e=1.6×10-19C，求R。
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例2：如图所示为回旋加旋速器的示意图，已知 D形盒的半径为R，中心上半面出口处O放有质 量为m, 带电量为q的正离子源，若磁感应强度 大小为B，求： (1)加在D形盒间的高频电源的频率； (2)离子加速后的最大能量．
1
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演
示பைடு நூலகம்
× × × × × × × × × A’1 × A’ × × A A1 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×
B
+ U ~
U ~
+
× × × × × × × × × × × ×
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课堂小结： 请同学们回顾本堂课，看看自己有什么收获。 课后思考：带电粒子在回旋加速器中的总运动 时间是否可以求出？如果可以，如何求？
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回旋加速器
1.构造： D形盒、 强电磁铁、 交变电源、 粒子源、 引出装置等组成.
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演
示
× × × × × × × × × A’1 × A’ × × A A1 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×
B
+ U ~
U ~
+
× × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × B1 B× × × B’ ×1 B’ × × × × × × × × × × ×
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2讨论完成带电粒子在加速器中的运动情况
粒子从离子源发出，在缝隙中第一次被加速，以速率 v1进入磁场，在磁场作用下做半径为R1= 的圆周 运动，经过 回到缝隙，如果此时缝隙中的电场恰 mv qB 好方向，粒子通过缝隙时又被加速，以较大的速度进 入磁场做半径为R2= 的圆周运动，且半径比之前 ，以此类推，当粒子圆周运动半径等于 时，速 度加到最大，便通过特殊装置引出，完成加速。
× × × × × × × × × × × ×
× × × × × × × × × B1 B× × × B’ ×1 B’ × × × × × × × × × × ×
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3 原理总结： 电场 加速， 磁场 偏转
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想一想
问题1：带电粒子在D形盒内做圆周运动的周期 随半径的增大是否发生变化？为什么？
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典例剖析： 例1（2008广东物理卷第4题）1930年劳伦斯制 成了世界 上第一台回旋加速器，其原理如图1 所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构 成，其间留有空隙，下列说法正确的是 （AD ） A．离子由加速器的中心附近进入加速器 B．离子由加速器的边缘进入加速器 C．离子从磁场中获得能量 D．离子从电场中获得能量
由公式可知，周期T和半径R及速度v无关，故周期 不会发生变化。
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问题2：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均 被加速，使之能量不断提高，所加交变电压的 周期应该满足什么样的条件？
因为带电粒子在磁场中每运动半周加速一次,加在 两D形盒间的电压要与带电粒子的运动同步,所以高 频交流电源的周期与带电粒子圆周运动的周期相等.
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回旋加速器
棠湖中学 王若彬
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直线加速器
问题1：通过n级加速的带电粒子（m,q）具有多 大的能量？速度又等于多大？(粒子进入第一级 极板的初速度忽略不计) 问题2:直线加速器有哪些优点？又有哪些缺点？
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斯坦福直线加速器中心鸟瞰图 2英里长的直线加速器速调管大厅
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问题3：粒子所能获得的最大速度与什么因素有关？获 得的最大能量与什么因素有关？
带电粒子做圆周运动的 半径最大只能等于 D mV , 粒子运动的最大速度 形盒的半径 , 根据 R = qB qBR . 那么粒子获得的最大能 量为 : 为Vm = m 2B2R 2 q 1 2 = E m = mV m . 2 2m 可见带电粒子获得的能 量与 D形盒的半径 R, 磁感 强度 B, 以及电荷的电量 q和质量 m 有关.