回旋加速器及习题训练课件.ppt

1、一、回旋加速器的特点一、回旋加速器的特点 两两D形盒间缝隙有形盒间缝隙有高频交变电场高频交变电场.两两D形盒中有形盒中有强大的磁场强大的磁场无电场无电场.二、回旋加速器的加速原理二、回旋加速器的加速原理电场使粒子加速，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.u保证粒子始终被加速,交变电场的周期与粒子回旋的周期有什么样的关系？5mBq 2 mBq 3 mBq U0t二、回旋加速器的加速原理二、回旋加速器的加速原理电场使粒子加速，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.7qBmTT2磁电

2、RvmBqvmm2mqBRvm1.粒子能回旋加速的条件？2.粒子回旋加速后的最大速度和最大动能？三、回旋加速器中的基本问题三、回旋加速器中的基本问题mRBqEk2222假设由你来设计一台回旋加速度器，要求能使带电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，你打算采用哪些措施？粒子获得更高的能量，你打算采用哪些措施？提高电源电压？提高电源电压？加大加大D形盒的半径？形盒的半径？增加磁感应强度？增加磁感应强度？美美国国物物理理学学家家 劳劳伦伦斯斯1932年，美国物理学家年，美国物理学家劳伦斯正是沿着与上述劳伦斯正是沿着与上述相仿的巧妙思路，发明相仿的巧妙思路，发明了回旋加速器

3、，从而使了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一量的粒子方面迈进了一大步。为此，劳伦斯获大步。为此，劳伦斯获得了得了1939年的诺贝尔物年的诺贝尔物理学奖。理学奖。9qBmTT2磁电nTt 2212mmvnqU RvmBqvmm2mqBRvm1.粒子能回旋加速的条件？2.粒子回旋加速后的最大速度和最大动能？3.粒子回旋加速的时间？（忽略电场中加速的时间）三、回旋加速器中的基本问题三、回旋加速器中的基本问题mRBqEk2222UBRt221.1930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

4、，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即时突破即时突破 小试牛刀小试牛刀答案：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R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f.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2fRB.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R足够大，

5、质子的速度可以被加速到任意值D.不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子答案：AB3.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形金属盒的半径答案：BD4.两个相同的回旋加速器,分别接在加速电压为U1和U2的高频交流电源上，且U22U1，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

6、的时间分别为t1和t2，获得的最大动能分别为Ek1和Ek2，则有（）At1=t2，Ek1=Ek2 Bt1=t2，Ek1t2，Ek1=Ek2 Dt1t2，Ek1d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）.UBRt2)2(2磁avtm电mdqUmqBRUBRdRdtt2磁电16.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D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B

7、，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U.mqBf2)1(tBRU22 回旋加速器中磁场的磁感应强度为回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直形盒的直径为径为d，用该回旋加速器加速质量为，用该回旋加速器加速质量为m、电量为、电量为q的粒子，的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：设粒子加速前的初速度为零。求：（1）粒子的回旋周期是多大？粒子的回旋周期是多大

8、？（2）高频电极的频率为多大？）高频电极的频率为多大？（3）粒子的最大速度、最大动能各是多大？粒子的最大速度、最大动能各是多大？（4）设两）设两D形盒间电场的电势差为形盒间电场的电势差为U，求加速到上述能量所需的时间求加速到上述能量所需的时间(不计粒子在电场中运动不计粒子在电场中运动的时间的时间)例例1qBmT2)1(mqBdvm2)3(mdBqEk8222mqBf2)2(UBdt842）（19粒子在磁场中做圆周运动周期是否变化？电场变化周期与粒子在磁场中做圆周运动周期的关系？电场一个周期中方向变化几次？粒子每一个周期加速几次？粒子加速的最大速度由哪些量决定？粒子在电场加速过程中时间是否可忽略？只有回旋加速器的半径足够大，粒子是否可被加速到任意值？小结小结粒子在磁场中做匀速圆周运动,周期不变电场变化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每一个周期加速两次粒子加速的最大速度由盒的半径和磁场强度决定电场加速过程中,时间极短,可忽略回旋加速器的局限性