高中物理回旋加速器
回旋加速器原理高中物理
回旋加速器原理高中物理
回旋加速器原理高中物理回旋加速器是一种利用电场和磁场加速带电粒子的装置，主要用于研究微观世界和核物理实验。
其原理可以简单地概括为以下几点：
1.电场加速：回旋加速器中首先通过电场加速器将带电粒子加速到一定速度。
这个电场是通过高压电源产生的，使得粒子获得动能。
2.磁场导引：在加速过程中，磁场被用来导引粒子沿着预定的轨道运动，保持粒子在轨道上运动而不偏离。
这个磁场是通过电磁铁产生的，电磁铁通电后会产生磁场，控制粒子运动方向。
3.交变电场加速：粒子在运动过程中，会穿过一系列交变电场区域，这些电场的方向会周期性地变化。
当粒子穿过这些区域时，电场的方向变化会给粒子一个额外的推动，加速粒子运动。
4.定向磁场：粒子在加速过程中会穿过一系列定向磁场区域，这些磁场的方向使得粒子在每一段路径上都会绕着一个稳定的轴旋转，保持其在轨道上运动。
5.不断加速：粒子会在加速器内多次穿越电场和磁场区域，每次穿越都会增加粒子的速度和能量，最终使得粒子达到目标速度。
通过以上过程，回旋加速器可以将带电粒子加速到很高的速度，从而可以在微观尺度上研究物质的性质和核反应等。
高二物理回旋加速器知识点
高二物理回旋加速器知识点回旋加速器是一种用于将带电粒子加速到高速的装置。
它广泛应用于高能物理实验和医学放射治疗等领域，具有重要的科学研究和应用价值。
一、回旋加速器的基本原理回旋加速器的基本原理是利用交变电压和磁场相互作用产生的回旋力，使带电粒子在磁场中做回旋运动，并通过逐渐加大电压和磁场的方式，不断增加粒子的动能，实现对粒子的加速。
二、回旋加速器的主要部件1. 加速腔回旋加速器的核心部件是加速腔，它负责产生高频电场，将带电粒子加速。
加速腔通常采用谐振腔结构，具有较高的品质因数和稳定的谐振频率。
2. 磁铁系统磁铁系统包括磁铁和磁场调节系统，它们共同产生稳定的磁场，用于控制粒子的运动轨道和回旋半径。
磁铁通常采用超导磁体，具有较高的磁场强度和较小的能量损耗。
3. 真空系统由于粒子在加速过程中需要在真空环境中运动，所以回旋加速器还需要配备高度精密的真空系统，以保证实验的稳定进行。
三、回旋加速器的工作过程回旋加速器的工作过程可以分为以下几个步骤：1. 加速腔产生高频电场。
2. 加速器中的粒子进入加速腔并受到电场力加速。
3. 粒子由于受到磁场力的作用，开始做回旋运动。
4. 通过逐渐增加电压和磁场强度，不断增加粒子的动能和速度。
5. 在达到所需能量后，粒子被提取出来，用于后续实验或应用。
四、回旋加速器的应用回旋加速器在物理学研究和应用中具有广泛的应用价值，主要体现在以下几个方面：1. 高能物理实验回旋加速器在高能物理实验中扮演着重要的角色，能够加速粒子到高速，并产生高能束流，用于对物质的结构和性质进行研究，深入探索物质构成的最基本粒子。
2. 医学放射治疗回旋加速器被广泛应用于医学放射治疗领域，可以用于肿瘤的放疗，通过加速带电粒子的运动，辐射到肿瘤组织，达到治疗的效果，同时最大限度地减少周围正常组织的损伤。
3. 同位素生产回旋加速器还可以用于同位素生产，通过改变回旋加速器中的粒子种类和能量，实现对目标物质的放射性同位素的生成，用于医学诊断、环境监测等领域。
回旋加速器高中知识点
回旋加速器高中知识点
回旋加速器是高中物理中的一种实验仪器，它的主要作用是通过电场和磁场的作用使带电粒子在空间中不断加速，最终达到提高其速度的目的。
以下是关于回旋加速器的知识点：
1. 结构特点：回旋加速器由两个D形金属盒构成，中间有很强的匀强磁场B。
带电粒子从一端以某一初速度进入该装置后，会在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，并被限制在其中来回加速。
2. 工作原理：利用电场将带电粒子加速，同时又通过周期性的磁场使其做匀速圆周运动，且轨道半径增大变慢而不断得到加速。
由于洛仑兹力和粒子速度大小成正比（洛仑兹常数与磁场B及粒子的质量、电量有关），随着半径的变大（R ∝1/v）里由速度产生的总角动量变化得越来越小(dL=mrω=mv^2/r)，但荷质比的平方则保持不变,r变大那么里面的辐射区对半径大于射程的最外层磁场的屏蔽就越来越大，导致加速效果越来越明显，这样循环往复地使用使得带电粒子不断获得能量得以飞出。
3. 注意事项：要注意回旋加速器并不是一个理想的加速工具，它只能无限接近于给定的目标能量，而不能真正实现无限次数的完全加速。
4. 应用范围：回旋加速器通常用于研究带电粒子的加速问题，以及进行某些高能物理实验。
以上就是关于回旋加速器的部分知识点，希望对你有所帮助。
如有其他疑问或需要更详细的信息，建议查阅相关书籍或咨询专业教师。
高中物理回旋加速器
问题与练习
作业:P102（4）
2．设计思想的实现—工作原理
2．设计思想的实现—工作原理
劳伦斯（1901－1958）美国物理 学家、回旋加速器的发明者，1901 年8月8日出生于美国达科他州南部 的坎顿，是一个教书世家，其祖父 及父母都是教师，他年仅30岁就闻 名于全世界。1930年，劳伦斯受聘 于伯克利加利福尼亚大学担任物理 学教授。为了研究核物理，劳伦斯 提出一种使粒子作曲线运动并同时 加速的方案。因人工放射性方面的 成果于1939年获诺贝尔物理学奖。
北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一.1988年 10月16日，两束正负电子在北京西郊一个羽毛球拍状的巨型机器 里成功对撞，揭开了我国高能物理研究的新篇章。
费米梦想的加速器
• 诺贝尔物理奖获得者费 米曾在1954年提出环绕 地球建一台加速器的设想 ，称为费米的梦。其能量 可达数千TeV（十亿）
3．回旋加速器
结构：D形盒、强 电磁铁、交变电源、 粒子源、引出装置
回旋周数：n Em
2qU
直径为 10.2cm的第 一台回旋加速
器。
近几十年，加速器的能量每十年提高一个数 量级，加速器的尺寸由数米增加到数十公里。
费米加速实 验室鸟瞰
目前世界上最大的回旋加速器在美国费米加速实验室， 环形管道的半径为2公里。产生的高能粒子能量为10000 亿电子伏特。
能生产大量的高能 “炮弹”—带电粒子的 “工厂”叫做加速器。
北京正负电子对撞机改造后的直线加速器
【研究课题】 设计出能生产高能带电粒子的加速器
《回旋加速器 》课件
03
控制系统的性能直接影响回 旋加速器的整体性能，如加 速粒子的能量、加速效率等 。
04
控制系统的维护和保养也是 非常重要的，因为控制系统 的稳定性会影响粒子的运动 轨迹，进而影响加速器的性 能。
04
回旋加速器的优缺点
优点
高能物理实验的理想工具
回旋加速器能够提供高能粒子束，是进行高能物理实验的理想工具， 有助于深入理解物质的基本结构和性质。
带电粒子在回旋加速器中沿着 环形轨道不断加速和偏转，最 终达到所需的高能状态。
03
回旋加速器的结构与特点
磁铁系统
磁铁系统是回旋加速器的重要组成部分，主要负 责产生强大的磁场，使带电粒子在回旋运动中受 到洛伦兹力的作用而加速。
磁铁系统的性能直接影响回旋加速器的整体性能 ，如加速粒子的能量、加速效率等。
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缺点
高成本
回旋加速器是一种复杂的大型科学装置， 其建设和运行需要耗费大量的资金和人力
资源，因此其成本较高。
占地面积大
回旋加速器是一种大型装置，其占地面积 较大，需要专门的实验场地进行建设和运
行。
高技术要求
回旋加速器的设计和制造需要高度的技术 水平，同时其运行和维护也需要专业技术 人员，因此其技术要求较高。
回旋加速器通常由两个或多个加速电 极组成，通过周期性地改变电极上的 电压来加速带电粒子。
回旋加速器的发展历程
01
回旋加速器的发展始于20世纪20 年代，最初是由荷兰物理学家塞 缪尔·范德波尔发明的。
02
随着科技的不断进步，回旋加速 器的设计和性能得到了不断改进 ，目前已经广泛应用于科研、医 疗、工业等领域。
可重复性
回旋加速器能够提供稳定、可重复的实验条件，使得科学家可以在相 同条件下进行多次实验，提高实验结果的可靠性和可比较性。
高中物理 最困难考点 考点6 回旋加速器 新人教版
考点6 回旋加速器回旋加速器(选修3-1第三章：磁场的第六节带电粒子在匀强磁场中的运动)★★★★○○回旋加速器：是利用磁场和电场共同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。
1、构造：如图乙所示，D 1、D 2是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源，D 形盒处于匀强磁场中。
2、原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D 形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速。
由qvB ＝mv 2r ，得E km ＝2222q B r m，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒半径r 决定，与加速电压无关。
回旋加速器的主要特征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，与带电粒子的速度无关。
2、将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动。
3、带电粒子每加速一次，回旋半径就增大一次，所以各半径之比为1∶2∶3…4、粒子的最后速度v ＝BqR m，可见带电粒子加速后的能量取决于D 形盒的最大半径和磁场的强弱。
5、决定带电粒子在回旋加速器内运动时间长短的因素：带电粒子在回旋加速器内运动时间长短，与带电粒子做匀速圆周运动的周期T 有关，同时还与带电粒子在磁场中转动的圈数n 有关。
设带电粒子在磁场中转动的圈数为n ，加速电压为U 。
因每加速一次粒子获得的能量为qU ，每圈有两次加速。
结合E k n ＝2222q B r m知，2nqU ＝2222n q B r m ，因此n ＝224n qB r mU 。
所以带电粒子在回旋加速器内运动时间t ＝nT ＝222242n n qB r Br m mU Bq Uππ⨯=。
6、该知识点的困难在理解加速器的结构和原理，理解加速器的最大动能和电源的交流频率与粒子周期的关系等。
例：1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D 形盒D 1、D 2构成，其间留有空隙，下列说法不正确的是 ( )A. 带电粒子由加速器的中心附近进入加速器B. 带电粒子由加速器的边缘进入加速器C. 电场使带电粒子加速，磁场使带电粒子旋转D. 离子从D 形盒射出时的动能与加速电场的电压无关【答案】B【点拨】解决本题的关键掌握加速器的工作原理以及加速器的构造，注意粒子从电场中获得能量，但是出回旋加速器的最大速度与电场无关，与磁感应强度和D形盒的半径有关．1、（河北省张家口市第一中学2016-2017学年高一下学期（衔接班）期末）如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置，其核心部分是两个“D”型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别于高频交流电源相连，则带电粒子获得的最大动能与下列哪些因素有关A. 加速的次数B. 加速电压的大小C. 交流电的频率D. 匀强磁场的磁感应强度【答案】D【点拨】解决本题的关键知道回旋加速器电场和磁场的作用，知道粒子的最大动能与加速的电压无关，与磁感应强度大小和D形盒的半径有关2、回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝H)时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．如果用同一回旋加速器分别加速氚核(31He)，比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大速度的大小，有( )和α粒子(42A. 加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大速度也较大B. 加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大速度较小C. 加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大速度也较小D. 加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大速度较大【答案】B【点拨】解决本题的关键知道带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，以及会根据2vqvB m求出粒子的最大速度。
回旋加速器(含详解)
回旋加速器(含详解)
回旋加速器是一种特殊的粒子加速器，它可以将质子或羟基离子加速到非常高的能量
水平。
它是最古老的和最重要的粒子加速器之一，在研究物质的结构和组成方面发挥着重
要作用。
回旋加速器是一种复杂的机械结构，它把匀速旋转的磁体用于加速微粒。
它的结构由
电极和磁体构成，电极提供给磁体极性场，而磁体则把质子或羟基离子加速到多次位移电
场值。
在最基本的原理中，磁体内侧到周围侧的压力会引发精确的振荡和折射，在此过程中，磁场会对微粒施加力，以达到向下照射的效果，即把加速器中的质子或羟基离子加速到非
常高的能量水平。
回旋加速器也可以通过切换电极的极性来控制微粒的加速过程。
一般来说，加速器将
多次地反复加速粒子，从而使其能量不断积累，并最终达到理论上所需的最高能量。
回旋加速器在原子核实验中有广泛的应用，如用来发生X射线的低能离子，用于合成
放射性核素的高能离子，也用于铌同位素的分装反应，以及仿真。
其他应用还包括医学治疗、计算机显示器内部散热研究等。
总而言之，回旋加速器具有极高的精度，并可以将质子或羟基离子加速到专业研究中
所需的最高能量。
它的应用范围非常广泛，从原子核实验到医疗治疗，极大地拓宽了研究
领域。
高考物理母题解读(九)磁场母题10回旋加速器
高考母题解读高考题千变万化，但万变不离其宗。
千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生而来。
研究高考母题，掌握母题解法规律，使学生触类旁通，举一反三，可使学生从题海中跳出来，轻松备考，事半功倍。
母题10、回旋加速器【解法归纳】回旋加速器是加速带电粒子的装置，离子由加速器的中心附近进入加速器，经过回旋加速后从加速器的边缘出加速器，离子通过电场加速从电场中获得能量。
回旋加速器粒子运动周期与狭缝上所加交变电压的周期相等。
回旋加速器狭缝所加交变电压的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期，粒子回旋一周加速两次。
由可知粒子加速后的最大动能E km=，与加速电压无关。
典例（2011天津理综卷）回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。
（1）当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作为示踪原子。
碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。
若碳11的半衰期τ为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）（2）回旋加速器的原理如图，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为f的交流电源上。
位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。
若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P，求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、f的关系式（忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速）（3）试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差△r是增大、减小还是不变？【解析】（1）核反应方程为①设碳11原有质量为m0，经过t1=2.0h剩余的质量为m r，根据半衰期定义有②设在t时间内离开加速器的质子数为N，则质子束从回旋加速器输出时的平均功率⑥输出时质子的等效电流⑦由上述各式得⑧若以单个质子为研究对象解答过程正确的同样得分。
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高中物理回旋加速器
一．选择题（共4小题）
1．在回旋加速器中（）
A．D形盒内有匀强磁场，两D形盒之间的窄缝有高频电源产生的电场
B．两D形盒之间的窄缝处有场强大小、方向不变的匀强电场
C．高频电源产生的电场用来加速带电粒子
D．带电粒子在D形盒中运动时，磁场力使带电粒子速度增大
2．在回旋加速器中（）
A．D形盒内有匀强磁场，两D形盒之间的窄缝有高频电源产生的电场
B．两D形盒之间的窄缝处有场强大小、方向不变的匀强电场
C．高频电源产生的电场用来使带电粒子做圆周运动
D．带电粒子在D形盒中运动时，磁场力使带电粒子加速
3．关于回旋加速器的说法正确的是（）
A．回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的
B．回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的
C．粒子在回旋加速器中不断被加速，故在磁场中做圆周运动一周所用时间越来越小D．若加速电压提高到4倍，其它条件不变，则粒子获得的最大速度就提高到2倍4．回旋加速器由下列哪一位物理学家发明（）
A．洛伦兹B．奥斯特C．劳伦斯D．安培
二．填空题（共1小题）
5．回旋加速器的D型金属盒半径为R，两D型盒间电压为U，电场视为匀强电场，用来加速质量为m，电荷量为q的质子，使质子由静止加速到能量为E后，由小孔射出．（设质子每次经过电场加速后增加相同的能量）求：
（1）加速器中匀强磁场B的大小．
（2）加速到上述能量所需的回旋次数．
（3）加速到上述能量所需时间．（不计经过电场的时间）
三．解答题（共1小题）
6．如图回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B．一个质量了m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为零开始加速．
（1）求该回旋加速器所加交变电场的频率；
（2）求粒子离开回旋加速器时获得的动能；
（3）有同学想自利用该回旋加速器直接对质量为m、电量为2q的粒子加速．能行吗？行，说明理由；不行，提出改进方案．。