會計學(xué)1帶電粒子在勻強磁場中的運動一一、運動電荷在磁場中的運動規(guī)律第1頁/共14頁F洛=0勻速直線運動F洛=Bqv勻速圓周運動F洛=Bqv⊥等距螺旋（0＜θ＜90°）V//BV⊥Bv與B成θ角在只有洛侖茲力的作用下一、運動電荷在磁場中的運動規(guī)律第2頁/共14頁垂直磁場方向：R＝mvsinθ/qBT=2πm/qB平行磁場方向：螺距d＝2πmcosθ/qB第3頁/共14頁

人類對速度的渴望從未停止過，經(jīng)過前輩們的不懈研究探索，光速幸運地成為了我們世界的極限速度。但單就目前人類的科技水平，想要在宏觀世界中接近或達到光速就好比是天方夜譚。不過在微觀世界中，由于回旋加速器的出現(xiàn)，粒子已經(jīng)能被加速到很高的速度。因此，回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科研、醫(yī)療等諸多方面；且隨著人們需求的增加，可以加速多種粒子的加速器也應(yīng)運而生。超靈敏小型回旋加速器二、回旋加速器第4頁/共14頁１.直線加速器二、回旋加速器原理：帶電粒子受電場力作用，當(dāng)場力對粒子做正功，使其獲得高能量缺點：①電壓不可能無限提高，特別是裝置的耐壓程度有一定的限制②占有得空間范圍大第5頁/共14頁２.回旋加速器回旋加速器是利用磁場使帶電粒子作回旋運動，在運動中經(jīng)高頻電場反復(fù)加速的裝置回旋加速器的主要結(jié)構(gòu)是在磁極間的真空室內(nèi)有兩個半圓形的金屬扁盒（D形盒）隔開相對放置，D形盒上加交變電壓，其間隙處產(chǎn)生交變電場。置于中心的粒子源產(chǎn)生帶電粒子射出來，受到電場加速，在D形盒內(nèi)不受電場，僅受磁極間磁場的洛倫茲力，在垂直磁場平面內(nèi)作圓周運動。第6頁/共14頁

如果D形盒上所加的變交電壓的頻率恰好等于粒子在磁場中作圓周運動的頻率，則粒子繞行半圈后正趕上D形盒上極性變號，粒子仍處于加速狀態(tài)。由于上述粒子繞行半圈的時間與粒子的速度無關(guān)，因此粒子每繞行半圈受到一次加速，繞行半徑增大。經(jīng)過很多次加速，粒子沿螺旋形軌道從D形盒邊緣引出，能量可達幾十兆電子伏特（MeV）第7頁/共14頁那么如何使交變電壓的頻率恰好等于粒子在磁場中作圓周運動的頻率就是回旋加速器要解決的主要問題運動的帶電粒子在磁場中所受的洛侖茲力為：F=Bqv帶電粒子做圓周運動的向心力為：F=mv2/R將兩式聯(lián)立得：mv2/R=BqvR=mv/Bq則粒子做圓周運動的周期為：T=2πR/vT=2πm/Bq

由此可見，粒子運動的周期與其速度、半徑是無關(guān)的，我們只要每隔半個周期調(diào)整兩極板間的電壓方向，就可以實現(xiàn)對帶電粒子的不斷加速。這也是為什么要使用交流電的原因。第8頁/共14頁２.工作原理第9頁/共14頁①交變電壓的周期＝帶電粒子在磁場中運動的周期

T＝2πm/Bq.②設(shè)粒子被引出D形盒前最后半周的軌道半徑為R，則帶電粒子從加速器飛出時的速度為Vmax=BqR/m.

引出速度只與磁感強度和D形盒半徑有關(guān)，與加速電壓無關(guān)。因為加速電壓只影響帶電粒子加速的總次數(shù)。

不過根據(jù)狹義相對論原理，粒子的質(zhì)量隨速度的增大而增大，如果加于D形盒兩極的交變電場頻率不變的話，粒子由于每次遲到一點而不能保證總被加速。上述回旋加速的理論就不再適用了。對于同樣的動能，質(zhì)量愈小的粒子速率愈大，相對論效應(yīng)也愈顯著。因此回旋加速器更適用于加速較重的粒子，但其速率始終不能無限制的提高。第10頁/共14頁三、質(zhì)譜儀１.電場和磁場都能對帶電粒子施加影響，電場既能使帶電粒子加速，又能使帶電粒子偏轉(zhuǎn)；磁場雖不能使帶電粒子速率變化，但能使帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)．２.質(zhì)譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量，軌道半徑確定其質(zhì)量的儀器，叫做質(zhì)譜儀．第11頁/共14頁3.質(zhì)譜儀的構(gòu)造