文档介绍：磁场小专题研究4----回旋加速器
一、回旋加速器的工作原理
1、D型盒、强磁场, 教材图3-5-4(a)(b)
2、频率极高的交流电源(加速粒子的作用)
思考:(1)交变电流的周期与粒子做圆周运动的周期的关系?
(2)一个周期内粒子被加速几次?
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U
B
B
3,回旋加速器的模型
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二、回旋加速器中的基本问题
思考:最大动能由那些物理量决定?
1、最大动能
2、粒子在回旋加速器中运动的时间计算
3、轨道半径的变化规律
4、回旋加速器的局限性
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1.(08广东卷)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形合D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )
三、专题训练
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,其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能得到加速,两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中,,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交流电频率为f则下列说法正确的是( )
,质子的速
度可以被加速到任意值
,该回旋加速器
也能用于加速α粒子
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,分别接在加速电压为U1和U2而频率相同的高频交变电源上,且U2=2U1。有两个相同的带电粒子分别在这两个加速器中运动,设两个粒子在加速器中运动的时间分别为t1和t2,获得的最大动能分别为E1和E2,则有( )
=t2,El=E2 =t2,E1<E2
>t2,E1=E2 >t2,E1<E2
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4.(09年江苏卷)1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q ,在加速器中被加速,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。
(1)求粒子第2次和第1次经过
两D形盒间狭缝后轨道半径比;
(2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t;
(3)实际使用中,磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm,试讨论粒子能获得的最大动能E㎞。
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5.(22分)正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术,它为临床诊断和治疗提供全新的段。
(1)PET所用回旋加速示意如图,其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R,两盒问距为d,在左侧D形盒圆心处放有粒子源S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向如图所示。质子质量为m,电荷量为q。设质子从粒子源s进入加速电场时的初速度不计,质子在加速器中运动的总时间为t(其中已略去了质子在加速电场中的运动时间),质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同,加速电子时的电压大小可视为不变。求此加速器所需的高频电源频率f,和加速电压U0
(2)试推证当R>>d时,质子在电场
中加速的总时间相对于在D形盒中
回旋的总时间可忽略不计(质子在
电场中运动时,不考虑磁场的影响)。
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6、(1)回旋加速器的原理如图,D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒,它们接在电压一定、频率为f的交流电源上,位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可忽略,重力不计),它们在两盒之间被电场加速,D1、D2置于盒面垂直的磁感应强度为B的匀强