回旋加速器課件

1、帶電粒子在勻強磁場中的運動 ——回旋加速器,高二物理組 鮑亮亮,問題:為什么要制造加速器?,,用什么方法可以加速帶電粒子？,利用電場可使帶電粒子加速．,帶電粒子加速后可獲得多大動能？,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，實際能達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，只能達到幾十萬至幾兆電子伏．,直線加速器,若已知每一個加速電

2、場的電壓為U，經(jīng)N個加速電場，求粒子離開電場時的動能？,NqU =Ek,一級,二級,三級,n級,世界最大直線加速器：斯坦福大學直線加速器,,2英里長的直線加速管,,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年美國科學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地應(yīng)用帶電粒子在磁場中運動特點解決了這一問題。為此，勞倫斯于1939年獲得了諾貝爾物理學獎。,直線加速器的缺點：,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,用磁場圓周回旋、用電場進行加速,,,,,,,,,,,,,,,,,,~,1、磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場后，并在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其周期和速率、半徑均無關(guān)，帶電粒子每次進入D形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進入電場中加速。,2、電場的作用：回旋加速器的兩個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形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被加速．,3、交變電壓的作用：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運動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、粒子在磁場中的加速次數(shù)是？,5、粒子在磁場和電場中的運動時間分別是多少？,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回旋加速器，其原理如圖1所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是,,A．離子由加速器的中心附近進入 加速器B．離子由加速器的邊緣進入加速器 C．離子從磁場中獲得能量D．離子從電場中獲得能量,例2.在某回旋加速器中，磁場的磁感應(yīng)強度為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： （1）D形盒內(nèi)有無電

6、場？ （2）粒子在盒內(nèi)做何種運動？ （3）所加交變電場的周期是多大？ （4）粒子離開加速器時的能量是多大？ （5）設(shè)兩D形盒間電勢差為U，其間電場均勻，求把粒子加速到上述能量所需時間。（不計粒子在電場中運動的時間）,回旋加速器的運用,PET(CT)機,目前世界上最大的回旋加速器在美國費米加速實驗室，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。,北京正負電子對撞機是世界八大高能加速器中心之一.1

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