经典(上课专用)：回旋加速器.ppt

电源为交流电源，当离子在各筒内穿过的时间都为t=T/2时，离子才有可能每次通过圆筒间缝隙都被加速. 5、D形盒的半径为R，两盒间距为d，质子在电场中加速次数与回旋半周的次数相同，加速电压大小可视为不变，比较：质子在电场中的加速时间与质子在D形盒中运动时间 为了把带电粒子加速到更高的能量，人们还设计了各种类型的新型加速器，如：同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等。 欧洲大型强子对撞机（LHC）是世界上最大的粒子加速器，建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中，隧道全长26.659公里。大型强子对撞机2003年开始修建，将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项目。 * * 第六节 回旋加速器 回旋加速器 1、带电粒子在磁场中的运动 一个带电粒子分别以平行和垂直于磁场方向的初速度进入匀强磁场，它在磁场中各做什么运动？ “平行”进入：做匀速直线运动 “垂直”进入：做匀速圆周运动 若带电粒子质量为 m，电荷量为 q，粒子以垂直于磁场的初速度 v 进入匀强磁场，已知磁场的磁感应强度为 B。半径和周期是多少？ 半径：R＝ mv qB 周期：T＝ 2πm qB 半径与速度大小成正比，周期与速度大小无关！ 复习 U V0 V1 如何使电子获得较大能量？ 2、带电粒子在电场中运动情况 设加速电压为U，电子经加速后增加的能量是多少？ · ＋ － U m q 一级 二级 三级 ＋ － U ＋ － U ＋ － U …… n级 粒子获得的能量：E=nqU 多级加速 匀速直线运动 加速运动 在现代物理学中，人们要用能量很高的带电粒子去轰击各种原子核，观察它们的变化情况。怎样才能在实验室大量产生高能量的带电粒子呢？这里介绍一种常用的实验设备------- 加速器 引入新课 金属圆筒内场强为零，粒子在圆筒内做匀速直线运动，在圆筒间缝间做加速运动。 一、直线加速器 Why? 如图所示，直线加速器是使粒子在一条直线装置上被加速. 思考 早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一或两次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制。而且为了使带电粒子达到很高的速度，必然要经过多次加速，因此直线加速器得体积通常都较大 直线加速器 世界最大直线加速器：斯坦福大学直线加速器 2英里长的直线加速管 2英里长的直线加速管 二、回旋加速器 能不能建造一种加速器，在较小的空间范围内让粒子受到多次加速获得所需要的能量呢？ 1932年美国科学家劳伦斯发明了回旋加器，巧妙地应用带电粒子在磁场中运动特点解决了这一问题。为此，劳伦斯于1939年获得了诺贝尔物理学奖。 直线加速器的缺点： 体积通常较大，占地面积大。 回旋加速器 受力与运动分析 D形盒内(电场被屏蔽） 粒子只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，运动周期不变 两盒狭缝之间 不考虑磁场的影响，只考虑电场力作用，粒子在电场力作用下做加速运动。 1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速多少次？ 2、设加速电压为U，粒子的电量为q，则每次加速增加的动能为 探究一：粒子在回旋加速器中运动时间 3、若粒子的电量为q，最终能量为E，加速电压为U，则回旋 圈数为 4、若每次加速时的电压为U，将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来可看成什么运动？ 一个初速度为零的匀加速直线运动 探究 在D形盒中回旋时间为 分析：设质子最终速度为v，加速次数为n п nпR t2 = nT/2 = v t1 = = 2nd v nd v/2 t1 t2 = 2d п R п 由于R远远大于d，故可忽略粒子在电场中运动时间 比较： 结论：粒子在加速器中运动总时间为 t总 = nT/2，n为加速次数 在电场中加速时间为 分析；对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的（回旋的最大半径等于D形盒的半径），设最大半径为R，最终能量为E。 结论：粒子的最终能量与加速电压无关，与回旋的最大半径有关。加速电压的高低只会影响加速次数，并不影响加速后的最大动能 探究二：粒子最终能量 思考：粒子的最终能量与加速电压有关吗？ 小结：回旋加速器 1、加速电场的周期等于回旋周期（交流电源的频率等于粒子做匀速圆周运动的频率。 2、粒子在电场中运动时间远小于在磁场中运动的时间，故粒子在回旋加速器中运动总时间可认为等于在磁场中运动时间。 4、在粒子的质量、电荷量确定的情节下，粒子所能达到的最大动能只与D形盒的半径R和磁感应强度B有关，与加速电压U无关。 3、粒子做匀速圆周运动的最大半径为D形盒的半径 回旋加速器的局限性 若D形盒的半径为R，则粒子所能获得的