回旋加速器英文:Cyclotron 它是利用磁场使带电粒子作回旋运动,在运动中经高频电场反复加速的装置,是高能物理中的重要仪器.
1930年Earnest O.Lawrence提出回旋加速器的理论,1932年首次研制成功.它的主要结构是在磁极间的真空室内有两个半圆形的金属扁盒(D形盒)隔开相对放置,D形盒上加交变电压,其间隙处产生交变电场.在D形盒所在处存在磁感应强度为B的匀强磁场.置于中心的粒子源产生的带电粒子,质量为m,电荷量为q,在电场中被加速,带电粒子在D形盒内不受电场力,在洛伦兹力作用下,在垂直磁场平面内作圆周运动.如果D形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率,则粒子绕行半圈后正赶上D形盒上极性变号,粒子仍处于加速状态.由于上述粒子绕行半圈的时间与粒子的速度无关,因此粒子每绕行半圈受到一次加速,绕行半径增大.经过很多次加速,粒子沿如图2所示的轨迹从D形盒边缘引出,能量可达几十兆电子伏特(MeV ).回旋加速器的能量受制于随粒子速度增大的相对论效应,粒子的质量增大,粒子绕行周期变长,从而逐渐偏离了交变电场的加速状态.
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图1是回旋加速器的实物图,图2、图3是回旋加速器的原理图,一质量为m,电荷量为q的带电粒子自半径为R的D形盒的中心由静止开始加速,D形盒上加交变电压大小恒为U,两D形盒之间的距离为d,D形盒所在处的磁场的磁感应强度为B,不考虑相对论效应,求:
(1)带电粒子被第一次加速后获得的速度v1
(2)带电粒子加速后获得的最大速度vm
(3)带电粒子由静止开始到第n次加速结束时在电场和磁场中运动所用的总时间是多少?若要增大带电粒子加速后获得的最大速度vm,你认为可以采取哪些方案?
 0  23228  23236  23242  23246  23252  23254  23258  23264  23266  23272  23278  23282  23284  23288  23294  23296  23302  23306  23308  23312  23314  23318  23320  23322  23323  23324  23326  23327  23328  23330  23332  23336  23338  23342  23344  23348  23354  23356  23362  23366  23368  23372  23378  23384  23386  23392  23396  23398  23404  23408  23414  23422  176998 

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