题目内容

据有关资料介绍,受控热核聚变装置中有极高的温度,因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装,而是由磁场约束使其在某个区域内运动.现按下面的简化条件来讨论这个问题:如图所示是一个内径R1=1.0 m,外径R2=2.0 m的环状区域的截面,区域内有垂直截面向里的匀强磁场,O点为氦核源,它能沿半径方向射出各种速率的氦核.已知氦核的比荷=4.8×107 C/kg,不计氦核的重力和氦核间的相互作用.当射出的氦核最大速度为vm=1.44×107 m/s时,求需要的约束磁场的磁感应强度至少为多大.

解析:如图所示为该磁场区域能约束住的最大速率的氦核的径迹,设该径迹的半径为r,则在直角三角形OAO1中,有r2+R12=(R2-r)2

代入数据解得r= m.                                                     

氦核在磁场中所受的洛伦兹力提供其做圆周运动的向心力,根据牛顿第二定律,

有:qBvm=                                                            

得B=                                                               

=4.8×107 C/kg,vm=1.44×107 m/s,r= m代入,得:B=0.4 T.


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