质谱仪加速器1

1、复习：速度选择器复习：速度选择器n要使带电粒子从上往下匀速直线运动要使带电粒子从上往下匀速直线运动B的方向该如何？的方向该如何？E的方向该如何？的方向该如何？问问：1、正电荷能自上而下通过吗？、正电荷能自上而下通过吗？2、同样速率的带电粒子能自下而上通过叠加场、同样速率的带电粒子能自下而上通过叠加场区域吗？区域吗？+BEqEqvB 1BEv 一、质谱仪一、质谱仪+1BEv 2mvRqB2122qvEmRBB B LLn质谱仪在化学分析、原子核技术中有重要应用，其发明质谱仪在化学分析、原子核技术中有重要应用，其发明者阿斯顿因此获者阿斯顿因此获1922年度诺贝尔化学奖。年度诺贝尔化学奖。较大的速度

2、较大的速度V如何获如何获取？取？加速器加速器二、加速器二、加速器n（一）、直线加速器（一）、直线加速器U1U2U3U4圆筒间圆筒间加速加速圆筒内匀速运动，圆圆筒内匀速运动，圆筒逐级加长筒逐级加长思考：直线加速器有何缺点？思考：直线加速器有何缺点？（二（二) 回旋加速器回旋加速器1. 结构：结构： （见教材（见教材P101图图35-4）D型金属扁盒置于匀强磁场型金属扁盒置于匀强磁场B中中两个两个D型金属扁盒与高频交变电源型金属扁盒与高频交变电源相连相连两两D型金属扁盒狭缝中央放有粒型金属扁盒狭缝中央放有粒子源子源S, 产生有待加速的带电粒子产生有待加速的带电粒子.磁场磁场作用：作用：偏转偏转 交

3、变电场交变电场作用：加速作用：加速 两两D型盒相隔一狭缝作为加速电场区型盒相隔一狭缝作为加速电场区E轨道半径：轨道半径： r = mv/Bq运动周期运动周期 ：T= 2 m / Bq2. 工作原理：工作原理：A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v63. 几个相关问题的讨论：几个相关问题的讨论：A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v61) 频率条件：频率条件： 带电粒子在一个带电粒子在一个D型盒内做半型盒内做半圆周运动到达狭缝时圆周运动到达狭缝时,必须赶上必须赶上脚变电压也经历半个周期的变化脚变电压也经历半个周期的变

4、化,以保证粒子在到达狭缝时总是遇以保证粒子在到达狭缝时总是遇到加速电场到加速电场. 带电粒子在匀强磁场中的周期带电粒子在匀强磁场中的周期 T= 2 m / Bq 要实现粒子总被加速要实现粒子总被加速,则有高频交变电压的周期等于粒子则有高频交变电压的周期等于粒子在磁场中的周期即在磁场中的周期即: T电电= T磁磁 = 2 m / Bqf电电= f磁磁 = Bq / 2 m A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v62) 带电粒子在带电粒子在D型盒内运动的速度和半径型盒内运动的速度和半径 设两设两D型盒狭缝间的加速电压型盒狭缝间的加速电压为为U,粒子刚从粒子源

5、产生出来的粒子刚从粒子源产生出来的速度为速度为V0 ，第一次被加速后的，第一次被加速后的速度为速度为V1 ，以，以V1速度做圆周运速度做圆周运动的轨道半径为动的轨道半径为R1在加速场区：在加速场区： q U = mv12/2 mv02/2 (1) R1 = mv1/ B q (2)第第n次被加速后的速度为次被加速后的速度为Vn ，以，以Vn速度做圆速度做圆周运动的轨道半径为周运动的轨道半径为Rnq U = mvn2/2 mvn-12/2 (3)Rn = mvn/ B q (4)A0A1A1A3A5A3A5A2A4A6A2A4A6v0v1v3v5v2v4v63) 回旋加速器加速粒子的最大能量回旋

6、加速器加速粒子的最大能量 设设D型盒的半径为型盒的半径为R，引出的，引出的粒子速度为粒子速度为V. EK = mv2/2 = q2 B 2R2/2m 因为因为f = Bq / 2 m R= mV/ B q 故故: EK = 2 2m f2 R2美国实验物理学家劳伦斯美国实验物理学家劳伦斯(E.O.Lawrence)1932年建成回旋年建成回旋加速器，为此获得了加速器，为此获得了1939年的诺贝尔物理奖。年的诺贝尔物理奖。欧洲核子研究中心（欧洲核子研究中心（CERN）的）的LHC思考：回旋加速器有缺点吗？思考：回旋加速器有缺点吗？SLAC in Stanfordn请同学们自行上网了解高能粒子加速器的发展情况请同学们自行上网了解高能粒子加速器的发展情况n课堂练习：活页P125n例例.已知回旋加速器中已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应形盒内匀