质谱仪,回旋加速器

质谱仪和回旋加速器

一、质谱仪具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素，质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的仪器，它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成，它的结构原理如图所示。返回

例.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，从离子源S产生质量为m、电量为q的正离子，其初速可视为零．离子经过加速电压U加速后垂直进入有界匀强磁场(图中线框所示)，并沿着半圆周运动而到达照相底片上的P点，测得P点到进入磁场处的距离为x，写出此离子质量的计算式.UPBxS解：返回二、直线加速器

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？qUqU=ΔEk～直线加速器粒子在每个加速电场中的运动时间相等，因为交变电压的变化周期相同0Um—UmU/vT2TU~1234靶++直线加速器

直线加速器有多个加速电场,从而能使带电粒子获得更大的能量.A

思考:带电粒子穿越第n个圆筒时的动能为多大?直线加速器

北京正负电子对撞机改造后的直线加速器

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？二、回旋加速器结构：两个D

形金属扁盒，在其上加有磁场和交变的电场。将一粒子置于两个

D形盒的缝隙处。二、回旋加速器回旋加速器

回旋加速器

若D形盒半径为R，磁感应强度B.粒子最终速度：所获动能为：提高加速粒子最后的能量的方法：增大磁感应强度B

增大加速器的半径Rvm=qBR/mEk=1/2mvm2回旋加速器两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。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。让电场方向变化的周期与粒子回旋的周期一致，从而保证粒子始终被加速。在磁场中做圆周运动,周期不变每一个周期加速两次电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同电场一个周期中方向变化两次粒子加速的最大速度由盒的半径决定电场加速过程中,时间极短,可忽略结论直径为10.2cm的第一台回旋加速器。

目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生的高能粒子能量为5000亿电子伏特。

北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一.1988年10月16日，两束正负电子在北京西郊一个羽毛球拍状的巨型机器里成功对撞，揭开了我国高能物理研究的新篇章。

例.回旋加速器的D形盒的半径为R，用来加速质量为m，带电量为q的质子，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。求：（1）加速器中匀强磁场B的方向和大小。（2）设两D形盒间的距离为d，其间电压为U，加速到上述能量所需回旋周数.（3）加速到上述能量所需时间(不计通过缝隙的时间）。A

～Ud解：（1）由qvB=mv2/RE=1/2×mv2B的方向垂直于纸面向里.（2）质子每加速一次，能量增加为qU，每周加速两次，所以n=E/2qU（3）周期T=2πm/qB且周期与半径r及速度v都无关t=nT=E/2qU×2πm/qB=πmE/q2UB返回1.在匀强磁场内部的两电子A和B分别以速率v和2v垂直射人匀强磁场，经偏转后，哪个电子先回到原来的出发点A.同时到达B.A先到达C.B先到达D.无法判断2.一质子和一电子以相同的速度进入同一匀强磁场，则两者A.轨道半径不同，回转方向不同B.轨道半径不同，回转方向相同C.轨道半径相同，回转方向不同D.轨道半径相同，回转方向相同AA5、有三束粒子，分别是质子、氚核和粒子，如果它们以相同的速度沿垂直与磁场方向射入匀强磁场中，如图所示，则正确表示这三束粒子运动轨迹的是BBBBABCD

图为云室中某粒子穿过铅板前后的轨迹，室中匀强磁场的方向与轨迹所在平面垂直(图中垂直于纸面向里)．由此可知此粒子A．一定带正电B．一定带负电C．不带电D．可能带正电，也可能带负电PA初速为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则()A．电子将向右偏转，速率不变

B．电子将向左偏转，速率改变

C．电子将向左偏转，速率不变

D．电子将向右偏转，速率改变v0-e左右A返回19．如图所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。一个氢核从ad边的中点m沿着既垂直于ad边又垂直于磁场的方向，以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场。若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍.其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是 （）

A．在b、n之间某点

B．在n、a之间某点

C．a点

D．在a、m之间某点2004年北京理综19adcbmnBvC返回

如图，在x>0,y>0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感强度的方向垂直于Oxy平面向里，大小为B。现有一质量为m、电量为q的带电粒子，在x轴上到原点的距离为x0的P点，以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场。不计重力的影响。由这些条件可知，()A．不能确定粒子通过y轴时的位置

B．不能确定粒子速度的大小

C．不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间

D．以上三个判断都不对04年春季理综22．xyOPx0BD返回

如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电量相同的正、负离子，从Ｏ点以相同的速度射入磁场中，射入方向均与边界成θ角，若不计重力，则正、负离子在磁场中：Ａ、运动的时间相同Ｂ、运动的轨道半径相同Ｃ、重新回到边界时速度大小和方向