回旋加速器

2.匀强电场对电荷的作用（E∥V）
特点：电荷作匀变速直线运动， 电场力做功改变速度的大小
在认识原子内部情况时，由于核力，需要高速运动的粒子
轰击，才能分析其内部的特点；因此稳步怎样获得高速运动的 粒子是关键的问题，本节我们就一起来学习使粒子加速的工具 －－－－－加速器
直线多级加速器 与 回旋加速器
（一）. 直线多级加速器
①加速原理：
U1
u2 u3 …un
e f g h
a b c d
利用加速电场对带电粒子做正功使带电的粒子动能 ②直线加速器的多级加速
Ek = qU
Ek=q（U1+U2+U3+…Un）
③存在的不足： 工程上需要空间大， 在有限的空间内制造直线加速器受限制；
工作环境要求高（真空）；
（二）．回旋加速器
美国物理学家劳伦斯于1932年发明。由此1939获诺贝尔物理奖
解释：U→影响加速次数
B→影响运动半径r, r越小，加速的次数增加，动能增大
2
2
4.D形盒的作用？
屏蔽电场，使D形盒内不在有电场的作用 5.回旋加速器能在自然条件下工作吗？
例： 回旋加速器D形盒中央为质子流，D 形盒的交变电压为U，静止质子经电场加速后，进 入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强 度为B，质子质量为m，求：
每次在磁场中偏转的时间是否相同？
2m T＝ qB
周期T与半径r速度v无关
思考与讨论？
3.粒子所获得的最大速度？最大动能? （已知q V B R ）
mvmax qBR 由R＝ 得：vmax qB m
1 qB 2 2 E kmax＝ mvmax R 2 2m
要提高带电粒子的最终能量，应采取什么措施？
（1）质子最初进入D形盒的动能多大？
（2）质子经回旋加速器后最后的动能多大？ （3）交流电源的周期是多少？
由动能定理得：
1 2 eU mv ＝E k 2
1 q2 B2 2 2 E kmax＝ mvmax R 2 2m
u
t1 t2
t3 t4
交变电压的周期 等于粒子在磁场中运动的周期
2m 故 ：TU TB qB
回旋加速器
2009.12.02
一．复习
1．匀强磁场对运动电荷的作用（B⊥V）
特点：带电粒子做匀速圆周运动； 洛伦兹力提供向心力， 洛伦兹力改变速度的方向，不改变速度的大小，洛伦兹力 对运动电荷不做功 （1）洛伦兹力大小：
f 洛＝qvB
（2）、轨道半径：
(3）、周期：
mv r qB
2m T＝ qB
后记:回旋加速器可将带电
粒子加速，使其动能达到25 MeV ～30 MeV。速度如果继续增大，
就要考虑相对论效应，质量与运 动速度有关。
作业：
世纪金榜P81-84习题
1.结构：
核心部件为两个D形盒和其间的夹缝； 粒子源、匀强磁场、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。
各部件的作用：（如图）
（1）电场的作用： 两个D形盒ຫໍສະໝຸດ Baidu间的夹缝区域；
匀强电场。
带电粒子经过该区域时，在电场力的作用下被加速。
（2）磁场的作用：D形盒区域 且方向与D形盒垂直
带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后， 在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，改变速度的方向。 使粒子平行电场方向进入电场再次被加速。
（3）交变电压的作用： 为保证交变电场每次经过夹 缝时都被加速，使之能量不 断提高.
思考与讨论？ 1. 轨道半径怎样变化的？原因？
V经电场加速后，速度增加
2.带电粒子在磁场中的周期T与那些因素有关？