质谱仪、回旋加速器.ppt

一、质谱仪原理分析 1、质谱仪:是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 2、工作原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一 电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子质量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类 粒子源 加速电场 偏转磁场 照相底片 可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子 速度选择器 质谱仪:分析同位素的重要工具 例题2：如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的场强分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是(　　) A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于V=E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小 ……… ……… ABC 1.加速器的种类有哪些? 2.各自是如何实现对带电粒子加速的? 3.各有什么优缺点? 阅读课本P101 思考下列问题 使利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加的装置叫做加速器。 直线加速器 q U 由于电压的限制，所以一次加速后粒子获得的能量较小，如何获得较大的能量呢？ 直线加速器（多级加速） 直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。 北京正负电子对撞机改造后的直线加速器 斯坦福大学的加速器 多级直线加速器有什么缺点？ 直线加速器可使粒子获得足够大的能量．但它占地太长，能否既让带电粒子多次加速，获得较高能量，又尽可能减少占地长度呢？ 1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖． 回旋加速器 回旋加速器 2．工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。 回旋加速器 不会 问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗? 回旋加速器 问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。 交变 回旋加速器 交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB 问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个 电压。 根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？ t/s U/v U1 -U1 TE 交变电压的频率f =TE=Bq/2πm 问题4：带电粒子在加速器中运动一圈，被加速几次？每次增加的能量为多少？ 2次 思考题5. 带电粒子的最高能量与哪些因素有关？ 　所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R． 思考6：为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？ 　 解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由 　　可知，增强B和增大R可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关． 思考6：根据粒子出回旋加速的最终能量能不能算出粒子在电场中加速的次数？在磁场的圈数？在磁场中运动（回旋加速器运动）的时间？ n/2 2.交变电场的周期和粒子的运动周期 T相同----保证粒子每次经过交变 电场时都被加速 1. 粒子在匀强磁场中的运动周期不变 回旋加速器 3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径 就增大一次,每次增加的动能为 4.粒子加速的最大速度由盒的半径及磁感应强度决定 美国费米实验室加速器鸟瞰图 北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘 大科学装置的存在和应用水平，是一个国家科学技术发展的具象。它如同一块巨大的磁铁，能够集聚智慧，构成一个多学科阵地。作为典型的大科学装置，北京正负电子对撞机的重大改造工程就是要再添磁力。 北京正负电子对撞机在我国大科学装置工程中赫赫有名，为示范之作。1988年10月16日凌晨实现第一次对撞时，曾被形容为“我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就”。北京正负对撞机重大改造工程的实施，将让这一大科学装置“升级换代”，继续立在国际高能物理的前端。 　 北京正负电子对撞机