首页 > 在高能物理研究中，粒子加速器起着重要作用，而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制．1930年，EarnestO．Lawrence博士-物理

在高能物理研究中，粒子加速器起着重要作用，而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制．1930年，EarnestO．Lawrence博士-物理

题目简介

在高能物理研究中，粒子加速器起着重要作用，而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制．1930年，EarnestO．Lawrence博士-物理

题目详情

在高能物理研究中，粒子加速器起着重要作用，而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制．1930年，Earnest O．Lawrence博士提出了回旋加速器的理论，他设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转，多次反复地通过高频加速电场，直至达到高能量，图甲为他设计的回旋加速器的示意图．它由两个铝制D型金属扁盒组成，两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压．图乙为俯视图，在D型盒上半面中心S处有一正离子源，它发出的正离子，经狭缝电压加速后，进入D型盒中，在磁场力作用下运动半周，再经狭缝电压加速；为保证粒子每次经过狭缝都被加速，应设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致．如此周而复始，最后到达D型盒的边缘，获得最大速度后被束流提取装置提取．设被加速的粒子为质子，质子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D型盒的半径为R，狭缝之间的距离为d，质子从离子源出发时的初速度为零，分析时不考虑相对论效应．

360优课网

（1）求质子经第1次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与第2次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比；
（2）若考虑质子在狭缝中的运动时间，求质子从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间；
（3）若要提高质子被此回旋加速器加速后的最大动能，可采取什么措施？
（4）若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核获得与质子相同的最大动能，请你通过分析，提出一个简单可行的办法．
题型：问答题难度：中档来源：武汉模拟

答案

（1）设质子经过窄缝被第n次加速后速度为vn，由动能定理  nqU=class="stub"1
2
m
v2n
   ①
第n次加速后质子在磁场中做匀速圆周运动的半径为Rn，由牛顿第二定律 Bqvn=
m
v2n
Rn
  ②
由以上两式解得 Rn=
mvn
qB
=
n•mqU
qB

则　
R1
R2
=class="stub"1
2
=
2
2
       
（2）由牛顿第二定律  class="stub"qU
d
=ma    ③
质子在狭缝中经n次加速的总时间  t1=
vn
a
        ④
联立①③④解得电场对质子加速的时间  t1=
class="stub"2nm
qU

质子在磁场中做匀速圆周运动的周期 T=class="stub"2πm
qB
    ⑤
粒子在磁场中运动的时间  t2=（n-1）class="stub"T
2
    ⑥
联立⑤⑥解得  t2=
(n-1)πm
qB

故质子从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间
t=t1+t2=
class="stub"2nm
qU
+
(n-1)πm
qB

（3）设质子从D盒边缘离开时速度为vm 则：Bqvm=
m
v2m
R
     ⑦
质子获得的最大动能为  EKm=class="stub"1
2
m
v2m
=
q2B2R2
2m
      ⑧
所以，要提高质子被此回旋加速器加速后的最大动能，可以增大加速器中的磁感应强度B． 
（4）若加速氘核，氘核从D盒边缘离开时的动能为Ek′则：Ek′=
q2
B21
R2
2×2m
=Ekm    ⑨
联立⑧⑨解得  B1=
2
B    即磁感应强度需增大为原来的
2
倍                      
高频交流电源的周期T=class="stub"2πm
qB
，由质子换为氘核时，交流电源的周期应为原来的
2
倍．  
答：（1）质子经第1次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与第2次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比
2
2
；
（2）质子从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间t=
class="stub"2nm
qU
+
(n-1)πm
qB
；
（3）要提高质子被此回旋加速器加速后的最大动能，可以增大加速器中的磁感应强度B；
（4）若使用此回旋加速器加速氘核，即磁感应强度需增大为原来的
2
倍，交流电源的周期应为原来的
2
倍．

更多内容推荐

Copyright © 2018-2020 360优课网