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高中物理
第十章 磁学
回旋加速器
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更新:
2025-05-29 16:05
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回旋加速器
## 洛伦兹力的应用-回旋加速器 当我们研究原子核的结构时,往往需要用高能量的微观粒子去轰击原子核进行研究。如何得到能量很高的粒子呢?我们可以想到用加速电场对带电粒子加速。理论分析表明,只要加速电场足够强,加速距离足够长,就可以使带电粒子获得足够高的能量。这样的装置叫做直线加速器。但是在技术上电场强度是不可能无限制地增大的,在真空中的加速距离也有一定限制,建造数千米长的直线加速器已很困难。能不能把带电粒子限制在一定的空间范围内同时又能对它不断加速呢?回旋加速器就可以完成这个任务。 如图 5–34 所示,回旋加速器的核心部分 D1 和 D2 是两个中空的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差;粒子源 G 产生的带电粒子在两盒之间被电场加速;两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,粒子在半圆盒内受磁场洛伦兹力的作用做匀速圆周运动。经过半个圆周之后,到达两盒间的缝隙时,控制两盒间的电势差,使其恰好改变正负,于是粒子经过盒缝时再一次被加速。如此,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过盒缝,而两盒间的电势差一次一次地反向,粒子在间隙内总被加速,从而使其沿螺线轨迹逐渐趋近于盒的边缘。达到预期的速率后,用特殊装置把它们引出。 {width=400px} 图 5–34 回旋加速器工作原理 如图 5–35 所示为中国原子能科学研究院自主研发的 100 MeV 质子回旋加速器。此回旋加速器可以调试出速度接近一半光速的质子束,这标志着我国回旋加速器达到国际同类装置的先进水平。现在回旋加速器已经获得广泛应用,例如可生产治疗癌症的同位素药物。作为放射线源,我国制造的紧凑型回旋加速器已在各地的医院里普遍使用。 {width=600px} 图 5–35 我国 100 MeV 回旋加速器 ## 本章小结 1.构造 如图所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒处于匀强磁场中,D形盒的缝隙
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