回旋加速器及习题训练

1、第5节洛佟谥力的龛用回炎加遠赛回炎加速器的特点两D形盒间缝隙有高频交变电场.两D形盒中有强大的磁场无电场.X X X XX X X XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX n:XXXXXXXXXXXX X X XX X X Xxxxxxxxxnm3兀mOO.保证粒子始终被加速 交变电场的周期与粒子旋的周期有什么样的 电场使粒子加速/磁 场使粒子回旋. 粒子回旋的周期不随 半径改变. 粒子在一个周期加速 两次.关系？5xxxxxxxxnm3兀m#xxxxxxxxnm3兀mXXXXXXXXXXXXXXX 111XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX:nX

2、XX XXXXXXxxxxxxxx7xxxxxxxxnm3兀m 电场使粒子加速/磁 场使粒子回旋. 粒子回旋的周期不随 半径改变. 粒子在一个周期加速 两次.交变电场的周期与粒 子回旋的周期相等, 保证粒子始终被加速9三、回炎加速器中的基本问题1.粒子能回旋加速的条件?BX X X X_ 17nn磁kLj(X 1d2 xj丿乂/OX X X 乂2.粒子回旋加速后的最大速度和最大动能?#三、回炎加速器中的基本问题22 厂 2E严叮2mo v；qBRqV B = m v = 1 tnpmkm假设由你来设计一台回旋加速度器，要求能使带电 粒子获得更高的能量，你打算釆用哪些措施？;提高电源电压?加大D

3、形盒的半径？增加磁感应强度？11-物理学家劳伦斯1932年，美国物理学家劳伦斯正是沿着与上述 相仿的巧妙思路，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_ 大步。为此，劳伦斯获 得了1939年的诺贝尔物 理学奖。三、回炎加速器中的基本问题1.粒子能回旋加速的条件?BX X_ 17nn磁52.粒子回旋加速后的最大速度和最大动能?D2 XXon V；qBRqV B = mv =1 tnpmkm22 厂 2E严叮2m3.粒子回旋加速的时间？（忽略电场中加速的时间）2nqU =-mv2m2ttBR2t =2U即时突破小试牛刀1. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,

4、其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形合D、D2 构成,其间留有空隙,下列说法正确的是（）A. 离子由加速器的中心附近进入加速器B. 离子由加速器的边缘进入加速器C. 离子从磁场中获得能量D. 离子从电场中获得能量B答案：AD2. 回旋加速器是加速带电粒子的装置,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,如图所示设D形盒半径为若用回旋加速器加 速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B ,高频交流电频率 为/则下列说法正确的是（）A. 质子被加速后的最大速度不可能超过2呦B

5、. 质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C. 只要人足够大,质子的速度可以被加速到任意值D. 不改变B禾厅，该回旋加速器也能用于加速滋立子答案：ABB3. 回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分是分 别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒,两盒间的 狭缝中形成的周期性变化的电场，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,如图所示,要增大带电粒子射出时的动能,则下 列说法中正确的是（）A.增大匀强电场间的加速电压 B增大磁场的磁感应强度C.减小狭缝间的距离D .增大D形金属盒的半径B答案：BD4. 两个相同的回旋加速器，分别接在加速电压为巧和6的

6、高频交流电源上,且u2 = 2UX ,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ti和t2 ,获得的最大动能分别为Eki和Ek2 , 则有()A ti=t2 * Ekl=Ek2B tx=t2 , Eklt2 , Ekl=Ek2D txt2 , EklEk2答案：C5.1932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,质量为观、电荷量为+Q ,在加速 器中被加速,加速电压为U。加速过程

7、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U )求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间(；(1)7?2 ： & =(2 )试推证当Rd ,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).磁二2UV f m 电 aqBRqU c7仝予向板 、一/ / f /A x、x_*x x高频电源md1的高频电源频窮和加速电JSJ.予向板易 NT 、一/ / / / 匕 X、乂兴X x 、 /、f 一/n高频电源tiBR22t6.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

8、术,它为临床诊断和治疗提供了 全新的手段.（1 ） PET所用回旋加速器示意图如图示,其中置于高真 空中的金属D形盒的半径为R ,两盒间距为d ,在左侧JD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qB27im电量为g的粒子,BX X X XXO丿回旋加速器中磁场的磁感应强度为B, D形盒的直 径为必用该回旋加速器加速质量为加、I (1)(2)(3)(4)韶需J上述能量所需的时间.(不计粒子在电场中运动Dr X乂X X X 乂卩警V器字qB7un2mq2B2d2Ek=心欧* 8m8t7设粒子加速前的初速度为零。求： 粒子的回旋周期是多大？ 高频电极的频率为多大？ 粒子的最大速度、最央动能各是多大？ 设两D