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1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点,解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加
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1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点,解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示,图为俯视图乙。回旋加速器的核心部分为D形盒,D形盒装在真空容器中,整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,磁场可以认为是匀强在场,且与D形盒盒面垂直。两盒间狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。D形盒半径为R,磁场的磁感应强度为B。设质子从粒子源A处时入加速电场的初速度不计。质子质量为m、电荷量为+q。加速器接一定涉率高频交流电源,其电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。 (1)求质子第1次经过狭缝被加速后进入D形盒运动轨道的半径r 1 ; (2)求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t; (3)如果使用这台回旋加速器加速α粒子,需要进行怎样的改动?请写出必要的分析及推理。 |
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▼优质解答
答案和解析
(1)设质子第1次经过狭缝被加速后的速度为v 1 ① ② 联立①②解得: (2)设质子从静止开始加速到出口处被加速了n圈,质子在出口处的速度为v ③ ④ ⑤ ⑥ 联立③④⑤⑥解得 (3)回旋加速器正常工作时高频电压的频率必须与粒子回旋的频率相同。设高频电压的频率为f,则 当速α粒子时α粒子的比荷为质子比荷的2倍, ,所以不用直接使用 改动方法一:让回旋磁场的磁感应强度加倍 改动方法二:让加速高频电压的频率减半 |
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