带电粒子在电场磁场中运动.ppt

,带电粒子 在电场、磁场中的运动,第 五 节,13.5.1 带电粒子在电场、磁场中的运动,1. 运动方程,2.带电粒子在磁场中的运动,螺距 ：,垂直磁场方向作圆周运动,平行于磁场方向作均速直线运动.,有关公式,运动,匀加速,抛物线,斜抛运动,加速度,匀速直线,匀速圆周运动,螺旋运动,电场,磁场,0,13.5. 2 应用,1. 磁聚焦,一束发散角不大的带电粒子束，若这些粒子沿磁场方向的分速度大小又一样，它们有相同的螺距，经过一个周期它们将重新会聚在另一点这种发散粒子束会聚到一点的现象叫磁聚焦。,它广泛应用于电真空器件中如电子显微镜中。它起了光学仪器中的透镜类似的作用。,调节B，使比值 l/v0x为正整数n,即： l/v0x n,又因为：,q/m=(1.758819620.00000053)1011 C/kg,3.磁约束-带电粒子在非均匀磁场中的运动,一个带电粒子进入轴对称会聚磁场，如图所示,在YZ平面内做圆周运动。由于磁场的不均匀性，洛仑兹力的大小要变化，所以带电粒子在YZ平面内不是匀速圆周运动,半径逐渐变小。,带电粒子的活动被束缚在一根磁感应线附近的小范围内,也就是说带电粒子回旋轨道的中心(引导中心)只能沿磁感应线作纵向移动,而不能横越它.只有当粒子发生碰撞时,引导中心才能由一根磁感应线跳到另一根磁感应线上.,带电粒子进入轴对称的会聚磁场，它便被约束在一根磁力线附近的很小范围内，它只有纵向沿磁力线的运动，而无横向跨越。或者说在横向输运过程中它受到很大的限制。,结论,* 磁镜,在受控热核反应中,不仅要求引导中心受到横向约束,也希望有纵向约束,用磁镜装置能限制中心的纵向移动.,理论可以证明,当两端磁场足够强时,粒子纵向运动被抑止,而沿反方向运动.这种运动方式如同光线遇镜面反射一样.,线圈,线圈,磁约束装置,地磁场的磁感应线,1958年人造卫星的探测发现,在距地面几行公里和两万公里的高空,分别存在内外两个环绕地球的辐射带,现称之为范艾仑辐射带辐射带。,范艾仑辐射带(Van Allen belts),因为它具有较高的能量，曾在人造卫星的发射等空间科学中发现了它，并给予了必要的考虑。,带电粒子（如宇宙射线的带电粒子）被地磁场捕获，绕地磁感应线作螺旋线运动，在近两极处地磁场增强，作螺旋运动的粒子被折回，结果沿磁力线来回振荡形成范阿仑辐射带。,当太阳黑子活动引起空间磁场的变化，使粒子在两极处的磁力线引导下，在两极附近进入大气层，能引起美妙的北极光。,范艾仑(J.A.Van Allen)辐射带,宇宙带电粒子被地球磁场俘获并在艾仑,带内作螺旋式振荡运动。,北 极 光,2、回旋加速器Cyclotron、,获得高能带电粒子的仪器,磁铁N,S -中间强匀磁场-常量 D1; D2 - D型盒-R D1,D2 缝隙 - 交变电场E,中心-离子源,结构:,原理:,q转方向,E加速q,q转方向,高能粒子,密封在真空中的两个金属盒（D1和D2）放在电磁铁两极间的强大磁场中，如图所示两盒之间有一窄缝，中心附近放有离子源。两盒间接有交流电源，它在缝隙里的交变电场用以加速带电粒子。,R为盒的最大半径。,交变电场的周期恰好为回旋一周的周期时即粒子绕过半圈恰好电场反向，粒子又被加速。因为回旋周期与半径无关，所以可被反复加速，至用致偏电极将其引出。,带电粒子束,N,线圈,S,铁,芯,电子回旋加速器,E.O. 劳伦斯 (1901-1957) 设计的 世界上第一台回旋加速器,中国第一台回旋加速器,中国科学院高能物理研究所 90Mev加速器,倍恩勃立奇(Bainbridge)质谱仪,通过速度选择器 后粒子的速度,在洛伦兹力作用下粒子在 匀强磁场作圆周运动时,利用质谱仪可以测出 元素中个同位素的含量,磁流体发电（MHD）,(Magnetohydrodynamics),实验指出：,霍耳效应,:霍