回旋加速器

高中物理辅导书《极简物理》上市!

刘叔物理公众号
刘叔物理网站有高中物理全部内容,欢迎分享给老师和同学们!!

回旋加速器是一种粒子加速器。回旋加速器通过高频交流电压来加速带电粒子。大小从数英寸到数米都有。它是由欧内斯特·劳伦斯于1929年在柏克莱加州大学发明。

回旋加速器示意图

许多原子核、基本粒子的性质有关的资讯,均是利用高能粒子轰击原子靶(atomic target)而获得的。1932年,约翰·柯克劳夫与欧内斯特·沃吞在英国制造了第一台“原子击破器”(atom smasher)。他们乃是利用700,000V的高电压对质子加速,然后再拿它们轰击锂靶。

他们采用的方法虽然较为野蛮,但确实是建构出了这么个高电压。在1929年时,劳伦斯就已经考虑过这种可能性:将粒子重复地经由一“相对小电压”做加速,而不是一次就用一个巨大电压去做加速。他于是与李明斯顿(M.S.Livingston)合作,发展出了回旋加速器(cyclotron)。第一部回旋加速器建于1930年,稍后的改良则于1934年完成。

回旋加速器的基本构成是两个处于磁场中的半圆D型盒和D型盒之间的交变电场。带电粒子在电场的作用下加速进入磁场,由于受到洛伦兹力F=Bqv(其中B为磁感应强度,q为带电粒子所带电荷)而进行匀速圆周运动,每运动到两个D型盒之间的电场时在电场力作用下加速,之后再次进入磁场进行匀速圆周运动。在不考虑爱因斯坦的狭义相对论时,由于在磁场中回旋半径R=mv/Bq与速度成正比,故当回旋半径大于回旋加速器半径时,带电粒子达到最大速度。实际上,根据狭义相对论,带电粒子的质量随速度的增加而增加,故实际应用中带电粒子的回旋周期并非恒定。

高中物理知识点总结

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注