课件：回旋加速器.ppt

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1、回旋加速器粒子加速器是一门多专业的综合性学科，它涉及到加速器物理和许多高技术领域，其中包括射频、电磁场、电源、超高真空、精密机械、电子学、计算机及网络、自动控制、束流诊断、辐射防护、低温超导，等等。粒子加速器不仅是进行高能物理、原子物理、生命科学、材料科学等多种基础科学研究的重要实验装置，而且在工农业生产、医疗、辐照和国防建设等方面也有广泛的应用前景。背景材料U如何使电子获得较大能量？思考：用什么方法可以加速带电粒子呢?设加速电压为U，电子经加速后增加的速度是多少？可以利用电场如右图:+-V0V=金

2、属圆筒内场强为零，粒子在圆筒内做匀速直线运动，在圆筒间缝间做加速运动。一、直线加速器Why?如图所示，直线加速器是使粒子在一条直线装置上被加速.·＋－Umq一级二级三级＋－U＋－U＋－U……n级粒子获得的能量：E=nqU多级加速匀速直线运动加速运动电源为交流电源，当离子在各筒内穿过的时间都为t=T/2时，离子才有可能每次通过圆筒间缝隙都被加速.思考早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一或两次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制。而且为了使带电粒子达到很高的速度，必然要经过多次加速，因此直

3、线加速器得体积通常都较大直线加速器世界最大直线加速器：斯坦福大学直线加速器2英里长的直线加速管2英里长的直线加速管二、回旋加速器能不能建造一种加速器，在较小的空间范围内让粒子受到多次加速获得所需要的能量呢？1932年美国科学家劳伦斯发明了回旋加器，巧妙地应用带电粒子在磁场中运动特点解决了这一问题。为此，劳伦斯于1939年获得了诺贝尔物理学奖。直线加速器的缺点：体积通常较大，占地面积大。1、结构：①两个D形盒及两个大磁极②D形盒间的窄缝③高频交流电2、原理工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对

4、运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。①磁场：使带电粒子回旋②电场：使带电粒子加速3.条件4.运动特点①D形盒内(电场被屏蔽）：粒子只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，运动周期不变②两盒狭缝之间：粒子在电场力作用下做加速运动③粒子每经过一个周期，被电场加速2次④若每次加速时的电压为U，将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来可看成什么运动？一个初速度为零的匀加速直线运动粒子获得最大速度粒子获得最大动能与加速电压无关！⑤粒子最后出加速器的速度大小

5、由盒的半径决定。回旋加速器1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速多少次？2、设加速电压为U，粒子的电量为q，则每次加速增加的动能为探究一：粒子在回旋加速器中运动时间3、若粒子的电量为q，最终能量为E，加速电压为U，则回旋圈数为4、若每次加速时的电压为U，将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来可看成什么运动？一个初速度为零的匀加速直线运动探究5、D形盒的半径为R，两盒间距为d，质子在电场中加速次数与回旋半周的次数相同，加速电压大小可视为不变

6、，比较：质子在电场中的加速时间与质子在D形盒中运动时间在D形盒中回旋时间为分析：设质子最终速度为v，加速次数为nпnпRt2=nT/2=vt1==2ndvndv/2t1t2=2dпRп由于R远远大于d，故可忽略粒子在电场中运动时间比较：结论：粒子在加速器中运动总时间为t总=nT/2，n为加速次数在电场中加速时间为分析；对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的（回旋的最大半径等于D形盒的半径），设最大半径为R，最终能量为E。结论：粒子的最终能量与加速电压无关，与回旋的最大半径有关。加速电压的高

7、低只会影响加速次数，并不影响加速后的最大动能探究二：粒子最终能量思考：粒子的最终能量与加速电压有关吗？小结：回旋加速器1、加速电场的周期等于回旋周期（交流电源的频率等于粒子做匀速圆周运动的频率。2、粒子在电场中运动时间远小于在磁场中运动的时间，故粒子在回旋加速器中运动总时间可认为等于在磁场中运动时间。4、在粒子的质量、电荷量确定的情节下，粒子所能达到的最大动能只与D形盒的半径R和磁感应强度B有关，与加速电压U无关。3、粒子做匀速圆周运动的最大半径为D形盒的半径回旋加速器的局限性若D形盒的半径为R，则

8、粒子所能获得的最大速度为Vmax=BRq/m。为了使粒子获得较高的能量，通常要加大加速电磁铁的重量和D形盒的直径。不过由于相对论的效应，当粒子的速度太大时，m不再是常量，从而回旋共振周期将随粒子的速率的增长而增长，如果加于D形盒两极的交变电场频率不变的话，粒子由于每次迟到一点而不能保证总被加速，所以粒子不能无限被加速。回旋加速器加速粒子能量最高仅能达到20MeV。而对于直线多级加速器，由于粒子是在一条直线形装置上被加速的，不存在上述困难。这种多级装置在过去没有条件建造