人教版高中物理课件《回旋加速器》
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《回旋加速器》课件
《回旋加速器》ppt 课件
xx年xx月xx日
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器的工作原理 • 回旋加速器的应用 • 回旋加速器的挑战与未来发展 • 结论
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
01
回旋加速器简介
回旋加速器的定义
01
回旋加速器是一种利用磁场和电 场对带电粒子进行加速的装置， 通常用于高能物理实验和放射性 治疗等领域。
03
回旋加速器的应用
核物理研究
核物理实验
回旋加速器是进行核物理实验的重要 工具，如研究原子核的结构、衰变等 。
探测放射性粒子的性质
利用回旋加速器产生的粒子束，可以 探测和研究放射性粒子的性质，如能 量、寿命等。
核能研究
回旋加速器在核能研究中也有广泛应 用，如研究核聚变、核裂变等。
探测暗物质
回旋加速器产生的粒子束可以用于探 测暗物质，帮助科学家更好地理解宇 宙的构成。
率和安全性。
其他应用领域
01
02
03
工业应用
回旋加速器在工业上有广 泛应用，如无损检测、材 料科学等。
环境保护
利用回旋加速器产生的粒 子束，可以对环境污染进 行监测和控制。
农业应用
在农业领域，回旋加速器 可以用于研究植物的生理 和生长过程，以及农药和 化肥的效果评估等。
04
回旋加速器的挑战与未来 发展
才储备。
国际交流
加强国际间的交流与合 作，共同推进回旋加速 器技术的发展和应用。
政策支持
政府应给予回旋加速器 领域更多的政策支持和 资金投入，促进其可持
续发展。
THANKS
感谢观看
粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。
xx年xx月xx日
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器的工作原理 • 回旋加速器的应用 • 回旋加速器的挑战与未来发展 • 结论
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
01
回旋加速器简介
回旋加速器的定义
01
回旋加速器是一种利用磁场和电 场对带电粒子进行加速的装置， 通常用于高能物理实验和放射性 治疗等领域。
03
回旋加速器的应用
核物理研究
核物理实验
回旋加速器是进行核物理实验的重要 工具，如研究原子核的结构、衰变等 。
探测放射性粒子的性质
利用回旋加速器产生的粒子束，可以 探测和研究放射性粒子的性质，如能 量、寿命等。
核能研究
回旋加速器在核能研究中也有广泛应 用，如研究核聚变、核裂变等。
探测暗物质
回旋加速器产生的粒子束可以用于探 测暗物质，帮助科学家更好地理解宇 宙的构成。
率和安全性。
其他应用领域
01
02
03
工业应用
回旋加速器在工业上有广 泛应用，如无损检测、材 料科学等。
环境保护
利用回旋加速器产生的粒 子束，可以对环境污染进 行监测和控制。
农业应用
在农业领域，回旋加速器 可以用于研究植物的生理 和生长过程，以及农药和 化肥的效果评估等。
04
回旋加速器的挑战与未来 发展
才储备。
国际交流
加强国际间的交流与合 作，共同推进回旋加速 器技术的发展和应用。
政策支持
政府应给予回旋加速器 领域更多的政策支持和 资金投入，促进其可持
续发展。
THANKS
感谢观看
粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。
第一章 4 《质谱仪与回旋加速器》课件ppt
2 2 m 2
度最大时,其运动半径也最大,即 rm= ,再由动能定理得 Ekm= 2 ,所以
要提高带电粒子获得的最大动能,应尽可能增大磁感应强度 B 和 D 形盒的半
径 R。
知识归纳
回旋加速器
粒子到狭缝总被加速
1.粒子被加速的条件
交流电源的周期等于粒子在磁场中运动的周期。
2.粒子最终的能量
以看作初速度为零,粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强
磁场区域,并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点,测得P点到入口的
距离为x,则以下说法正确的是(
)
A.粒子一定带正电
B.粒子一定带负电
C.x越大,则粒子的质量与电荷量之比一定越大
D.x越大,则粒子的质量与电荷量之比一定越小
解析 根据粒子的运动方向和洛伦兹力方向,由左手定则知粒子带正电,故 A
)
A.粒子被加速后的最大速度随磁感应强度和D形盒的半径的增大而增大
B.粒子被加速后的最大动能随高频电源的加速电压的增大而增大
C.高频电源频率由粒子的质量、电荷量和磁感应强度决定
D.粒子从磁场中获得能量
答案 AC
随堂检测
1.若速度相同的同一束列相关说法正确的是(
0
越大,D 错误。
答案 ABC
探究二
回旋加速器
情境探究
下图是回旋加速器的原理图,已知D形盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强
度为B,交流电源的周期为T,若用该回旋加速器来加速质子,设质子的质量
为m,电荷量为q,请思考:
(1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用?质子每次经过狭缝时,动能
的增加量是多少?
级加速的办法。
在多级加速器中粒子做直线运动,加速装置要很长很长,占用的空间范围很
度最大时,其运动半径也最大,即 rm= ,再由动能定理得 Ekm= 2 ,所以
要提高带电粒子获得的最大动能,应尽可能增大磁感应强度 B 和 D 形盒的半
径 R。
知识归纳
回旋加速器
粒子到狭缝总被加速
1.粒子被加速的条件
交流电源的周期等于粒子在磁场中运动的周期。
2.粒子最终的能量
以看作初速度为零,粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强
磁场区域,并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点,测得P点到入口的
距离为x,则以下说法正确的是(
)
A.粒子一定带正电
B.粒子一定带负电
C.x越大,则粒子的质量与电荷量之比一定越大
D.x越大,则粒子的质量与电荷量之比一定越小
解析 根据粒子的运动方向和洛伦兹力方向,由左手定则知粒子带正电,故 A
)
A.粒子被加速后的最大速度随磁感应强度和D形盒的半径的增大而增大
B.粒子被加速后的最大动能随高频电源的加速电压的增大而增大
C.高频电源频率由粒子的质量、电荷量和磁感应强度决定
D.粒子从磁场中获得能量
答案 AC
随堂检测
1.若速度相同的同一束列相关说法正确的是(
0
越大,D 错误。
答案 ABC
探究二
回旋加速器
情境探究
下图是回旋加速器的原理图,已知D形盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强
度为B,交流电源的周期为T,若用该回旋加速器来加速质子,设质子的质量
为m,电荷量为q,请思考:
(1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用?质子每次经过狭缝时,动能
的增加量是多少?
级加速的办法。
在多级加速器中粒子做直线运动,加速装置要很长很长,占用的空间范围很
人教版物理高中选择性必修2第一章1_4 质谱仪与回旋加速器PPT教学课件
描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
2|回旋加速器
情境 北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一,是我国第一台高能 加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。它由长202米的直线加速器、输 运线、周长240米的圆形加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕 储存环的同步辐射实验装置等几部分组成,外形像一只硕大的羽毛球拍。如图所 示,正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后,沿圆环切线方向注入对 撞机的真空环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大 小为B。两种带电粒子将被局限在环状空腔内,沿相反方向做半径相等的匀速圆周 运动,从而在碰撞区迎面相撞。
B1
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
2|回旋加速器 1.构造图:如图所示。
2.核心部件:两个金属⑤ D形盒 。
3.原理:高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期⑥ 相同 ,粒子每
经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子做圆周运动的周期⑦ 不变 。
4.最大动能:由qvB=
mv2 R
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
1|质谱仪
情境 质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器。根据带电粒子在磁 场中能够偏转的原理,质谱仪按物质原子、分子或分子碎片的质量差异将它们进 行分离或检测物质组成。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有 机质谱仪;按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪;按工作原理分为静态 仪器和动态仪器。
为U的电场加速后,由qU=
1 2
mv2可求得其从S2射出时的速度为v=
2qU 。
m
该粒子进入磁场后,在洛伦兹力作用下做圆周运动。由qvB= mv2 可求得其轨迹半
2|回旋加速器
情境 北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一,是我国第一台高能 加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。它由长202米的直线加速器、输 运线、周长240米的圆形加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕 储存环的同步辐射实验装置等几部分组成,外形像一只硕大的羽毛球拍。如图所 示,正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后,沿圆环切线方向注入对 撞机的真空环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大 小为B。两种带电粒子将被局限在环状空腔内,沿相反方向做半径相等的匀速圆周 运动,从而在碰撞区迎面相撞。
B1
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
2|回旋加速器 1.构造图:如图所示。
2.核心部件:两个金属⑤ D形盒 。
3.原理:高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期⑥ 相同 ,粒子每
经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子做圆周运动的周期⑦ 不变 。
4.最大动能:由qvB=
mv2 R
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
1|质谱仪
情境 质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器。根据带电粒子在磁 场中能够偏转的原理,质谱仪按物质原子、分子或分子碎片的质量差异将它们进 行分离或检测物质组成。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有 机质谱仪;按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪;按工作原理分为静态 仪器和动态仪器。
为U的电场加速后,由qU=
1 2
mv2可求得其从S2射出时的速度为v=
2qU 。
m
该粒子进入磁场后,在洛伦兹力作用下做圆周运动。由qvB= mv2 可求得其轨迹半
物理人教版(2019)选择性必修第二册1.4质谱仪与回旋加速器(共17张ppt)
2πm
qB
一个周期内，粒子加速 次
二、回旋加速器
1.构造：
2.原理：
（3）最大动能：
若D形盒半径为R
2
vm
Bv m q m
R
BqR
vm
m
1 2 q2B2R2
Ekm mv m
2
2m
对某种粒子q、m一定，粒子获得的最大动能由磁感应强
度B和回旋加速器的半径R决定，与加速度电压的大小无关。
MN为边界、方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B2的匀强磁场。一电荷量为q、
质量为m的带正电的粒子从静止开始经过加速电场后，进入速度选择器，并能沿直
线穿过速度选择器，从A点垂直MN进入偏转磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到
达照相底片的C点。已知速度选择器中的电场方向水平向右、电场强度大小为E，A点
到C点的距离为x，
2 m
T
qB
回旋加速器不可无限加速。
实际上，回旋加速器加速的带电粒子，
能量达到25~30MeV后，就很难再加速了
3.某小型医用回旋加速器，最大回旋半径为0.5 m，磁感应强度大小为
1.12 T，质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据，
可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为（
二、回旋加速器
1.构造：
2.原理：
（4）加速次数：
1
2
nUq mvm
2
（5）运动时间：
加速时间：
vm
vm
mdvm
t加
Uq
a
Uq
md
回旋时间：
T nm
t回 n
2
《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。
THANKS
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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。
《回旋加速器 》课件
辐射防护
1 2
穿戴防护服和手套
操作人员应穿戴专门设计的防护服和手套，以减 少辐射暴露的风险。
监控辐射剂量
定期监测操作人员的辐射剂量，确保不超过安全 限制，及时采取必要的防护措施。
3
避免长时间暴露
尽可能减少操作人员暴露在回旋加速器辐射下的 时间，采取轮换作业等措施降低辐射风险。
紧急处理措施
制定应急预案
操作人员需经过专业培训
回旋加速器的操作需要专业知识和技能，操 作人员必须经过严格培训和考核，确保具备 足够的安全意识和操作能力。
设备定期维护和检查
为确保回旋加速器的正常运行，应定期进行设备检 查和维护，及时发现并解决潜在的安全隐患。
限制非授权人员接近
回旋加速器区域应设置安全屏障和门禁系统 ，限制非授权人员进入，防止意外事故发生 。
电源系统应具备过流、过压等安全保护措施，以确保回旋加速器 的安全运行。
03
回旋加速器应用
核物理研究
核能研究
回旋加速器用于研究核能产生机制，探索新型核能利 用方式。
核结构研究
通过回旋加速器，科学家可以研究原子核的结构，深 入了解原子核的性质和行为。
核反应研究
回旋加速器用于研究核反应过程，为核能利用、核武 器研发等领域提供理论支持。
了显著提升。
当前研究领域
03
目前，回旋加速器在核物理、粒子物理、医学等领域得到了广
泛应用。
种类与特点
磁极形状分类
根据磁极的形状，回旋加速器可分为分离回 旋加速器和聚焦回旋加速器。
聚焦回旋加速器
磁极呈鞍状，具有较短的加速距离和较好的 粒子聚焦性能。
分离回旋加速器
磁极呈筒状，结构简单，但加速距离较长。
物理人教版(2019)选择性必修第二册1.4质谱仪与回旋加速器(共17张ppt)
盒射出时的动能与加速电压的大小无关
4.回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是 两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相连，以便在盒间的窄缝
中形成匀强电场，使粒子每次穿过窄缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为 B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒 子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨 迹如图所示: (1)盒中有无电场？ (2)粒子在盒内做何种运动？ (3)所加交流电频率应是多大，粒子角速度为多大？ (4)粒子离开加速器时速度是多大，最大动能为多少？ (5)设两D形盒间电场的电势差为U，求加速到上述能量所需的时间．(不计粒 子在电场中运动的时间)
3.(多选)用回旋加速器对粒子进行加速，可以获得高能带电粒子，两个D
形盒与电压有效值为U的高频交流电源的两极相连(频率可调)，在两盒
间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，
两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示，
粒子由速度为零开始加速，不计粒子在两极板间运动的时间，关于回旋
• 直线加速器的缺点： 体积通常较大，占地面积大。
• 能不能建造一种加速器，在较小的空间范围内让粒子经过多次加速 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速器，巧妙的应用带电 粒子在磁场中运动特点解决了这一问题。
一. 回旋加速器 1.构造: 如图，D1、D2是半圆金属盒，D形盒处于匀强磁 场中，D形盒的缝隙处接交流电源．
是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两 盒分别与高频交流电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的 变化规律如图乙所示。忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断 正确的是( ) D A.在Ek－t图像中应有t4－t3<t3－t2<t2－t1 B.加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大 C.粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大 D.要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的面积
《回旋加速器》课件
其他应用领域
医学成像
回旋加速器在医学成像领域也有应用，例如用于生产用于正电子发射断层扫描（PET）的放射性示踪剂。
科学研究
除了上述应用外，回旋加速器还在材料科学、化学、生物学等领域中得到广泛应用，为科学研究提供有力支持。
04
回旋加速器的挑战与未来发展
技术挑战与解决方案
技术挑战
随着科技的发展，回旋加速器的技术挑战也 在不断增加。例如，如何提高加速器的能量 效率、减小设备体积、提高粒子束质量等问 题，都是当前面临的重要挑战。
历史与发展
历史
回旋加速器最初由美国物理学家劳伦 斯于1930年代发明，最初用于研究 原子核物理。
发展
随着科技的不断进步，回旋加速器的 规模和性能不断提升，现已成为高能 物理实验的重要工具。
种类与结构
种类
根据加速粒子的种类和能量需求，回旋加速器可分为不同类 型的加速器，如质子回旋加速器、离子回旋加速器等。
磁场的变化
为了使粒子在回旋过程中保持稳定的 轨道，磁场也必须是周期性变化的。 这个周期与粒子的回旋周期同步。
粒子束的形成和导
粒子束的形成
在回旋加速器中，粒子被加速并形成一个束流。这个束流通常被引导到一个实验室内，以便进行各种 实验。
粒子的导出
为了使粒子束能够用于实验，它必须被导出到实验室内。这通常通过一个特殊的出口或“靶室”来完 成。
对采集到的实验数据进行 处理，提取有用的信息。
结果分析
根据处理后的数据进行分 析，得出实验结论。
结果评估
评估实验结果是否符合预 期，并提出改进意见和建 议。
THANKS
感谢观看
VS
放射性治疗计划
通过回旋加速器，可以精确控制放射剂量 和照射范围，提高放射治疗的准确性和效 果。
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缺点：带电粒子的能量不 能很高
直线加速器
优点:可以获得相当高能量的粒子 缺点:占地面积太大
我国1989年投入运行的高能粒子加速器---北京正 负离子对撞机,全长200多米的直线加速器.它可使 粒子的能量高达28亿电子伏特
巩固练习
例:回旋回加速器是用来加速一群粒子使它获得很大动能的仪器, 其核心部分是两个D形扁盒,两盒分别和一高频率电源两极接触, 以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每穿过狭缝都得到加 速,两盒放在匀强磁场中,磁场强度为B,磁场方向垂直于盒底面,离 子源置于盒圆心附近,若离子源射出的离子电量为q,质量为m,粒子 最大回旋半径Rm,其运动轨迹如图,问: ①盒内有无电场??? ②离子在盒内做何种运动??? ③所加交流电频率应是多大,离子角 速度为多大?
加速器分：直线加速器和回旋加速器
回旋加速器的结构：D形盒 强电磁铁 交 流电源 粒子源 引出装置
D形盒
交流电源
加速器的工作原理：
1、磁场的作用：是使粒子发生偏转
2、电场的作用：加速带电粒子 3、加速的条件：交流电源周期与粒子匀速圆 周运动的周期相同 即T0=T磁=2∏m/qB
回旋加速器
优点： 体积小
④离子离开加速器时速度为多大,最 大动运为多少?
⑤设两D形盒间电场的电势差为U, 其电场均匀(粒子在电场中的加速时 间可忽略),求加速到上述能量所需 时间??
思考
上一题中粒子在电场中运动的时间为多少呢??
练习：加速器的D形盒半径为R=0.60m,两盒间距为
d=0.01cm,用它来加速质子时可使每个质子获得的最 大能量为4.0Mev,加速电压为 u=2.0 x 104 V,求: (1)该加速器中偏转磁场的磁感应强度B (2)质子在D形盒中运动时间 (3)在整个加速过程中,质子在电场中运动的时间(已知 质子的质量为m=1.67 x 10-19 C ) (4)质子在加速器运动的总时间.
回旋加速器
用什么方法可以加速带电的动能:Ek=1/2mv2=qU
我们是不是可以多加几个电场来对粒子进 行加速呢? 如下图:
1932年,美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,1939年 因为此项发明还获得了诺贝尔物理学奖.
下面请同学门看书回答以下三个问题:
1、加速器分为哪几种？？？ 2、回旋加速器是有哪几部分构成？？？ 3、回旋加速器的工作原理？？？