Question

【题目】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全新的手段。PET所用回旋加速器示意如图所示，其中D1和D2是置于高真空中的两个中空半圆金属盒，两半圆盒间的缝隙距离为d，在左侧金属盒D1圆心处放有粒子源A，匀强磁场的磁感应强度为B。正电子质量为m，电荷量为q。若正电子从粒子源A进入加速电场时的初速度忽略不计，加速正电子时电压U的大小保持不变，不考虑正电子在电场内运动的过程中受磁场的影响，不计重力。求：

（1）正电子第一次被加速后的速度大小v1；

（2）正电子第n次加速后，在磁场中做圆周运动的半径r；

（3）若希望增加正电子离开加速器时的最大速度，请提出一种你认为可行的改进办法！

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）见解析

【解析】（1）正电子第一次被加速后，由动能定理可得，解得

（2）设质子第n次加速后的速度为

由动能定理有

由牛顿第二定律有，解得

（3）方案一：增加磁感应强度B，同时相应调整加速电压变化周期；方案二：增加金属盒的半径。