2023学年完整公开课版回旋加速器

回旋加速器

＋－mqE=1/2mv2=qu实际电压值不可能太高如何突破电压限制＋－＋－＋－＋－mquuu加速器应具备的基本要素1利用电场加速带电粒子;2通过多级加速获得高能粒子;3将加速电场以外的区域静电屏蔽;直线加速器缺点:所占空间大耗材多耗资大2英里长的直线加速器速调管大厅斯坦福直线加速器中心鸟瞰图１９３２年，美国物理学家劳伦斯（１９０１－－１９５８）发明了回旋加速器，并为此获得了１９３９年诺贝尔物理学奖．回旋加速器的工作原理：1构造：D形盒、强电磁铁、交变电源、粒子源、引出装置等组成回旋加速器各组成部分的作用:3两个D形金属盒相当于两个电极,在窄缝间形成电场缝窄,带电粒子的运动时间才可忽略同时D形金属盒起屏蔽作用,盒内无电场4高频电源提供交变电压1电场的加速2磁场的偏转××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××U~B演示U~AA’BB’A1A’1B1B’1++××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××U~B演示U~AA’BB’A1A’1B1B’1++回旋加速器的工作条件:交变电压的方向每周期改变两次；带电粒子每运动一周需要改变电压方向两次；交变电压的周期＝带电粒子在磁场中运动的周期Ｔ交＝Ｔ磁回旋加速器的几点注意：（１）带电粒子在D形盒中的轨道半径:（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间:（３）带电粒子从加速器飞出时的速度：（４）带电粒子从加速器飞出时的动能：a由E=nqu可知:n加速次数越多，u越大，ＥＫ就越大．注意：－－－－加速电压越大，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增大得越多，导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越小，回旋次数越多．可见加速电压只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出速度和相应的动能．b由ＥＫ＝１／２mv2＝q2B2R2/2m可知：Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．注意：虽然洛伦兹力不做功，但带电粒子从加速器飞出时的最大动能却与磁感应强度有关；虽然电场使带电粒子加速，但粒子的最大动能却与缝隙间的加速电压无关．（５）带电粒子在回旋加速器中的总运动时间：（a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间（b）若考虑带电粒子在电场中的运动时间，（且假设电场是等间距的匀强电场）回旋加速器的缺点：最高能量只能达到20兆电子伏特因为当带电粒子的速率大到接近光速时,按照相对论原理,粒子的质量随速率增大而明显增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,破坏了加速器的同步条件一些新型的加速器例１：１９８９年初，，若每级的加速电压为Ｕ＝２０×１０５Ｖ，则需经过几级加速？例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=15T，D形盒的半径为R=60cm，两盒间电压u=2×104V，今将α粒子从近于间隙中心某处向D形盒内近似等