曾經(jīng)有人問勞倫斯回旋加速器有什么用？ 他回答：
“我要用它把原子炸得四分五裂?！?span style="display:none">J7q物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
——勞倫斯
（榮獲1939年諾貝爾物理學(xué)獎）
加速器的作用：了解宇宙的起源和意義、生命的起源、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是人類最偉大的理想，也永遠(yuǎn)激勵人類不斷追求和探索。 要了解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，首先必須將其分解成碎片。 粒子加速器使用高速粒子來“破壞”被測量的物質(zhì)。
回旋加速器評論
① 1931年，勞倫斯和他的學(xué)生利文斯頓研制出世界上第一臺回旋加速器。 該加速器磁極直徑僅為10cm，加速電壓為2kV，可將氘離子加速到80keV的能量。
②目前世界上最大的粒子加速器是美國費(fèi)米國家實(shí)驗室的質(zhì)子同步加速器，它可以將質(zhì)子加速到原來加速器中粒子獲得的能量的10倍的7次方。
（上圖為衛(wèi)星拍攝的粒子加速器照片）
回旋加速器原理
回旋加速器的工作原理如下圖所示。 D1和D2是兩個空心半圓形金屬盒子，它們之間存在一定的電位差U。 A 處粒子源產(chǎn)生的帶電粒子被兩個盒子之間的電場加速。 兩個半圓形盒子處于垂直于盒子表面的均勻磁場B中，因此粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動。 半圈后，當(dāng)它再次到達(dá)兩個盒子之間的間隙時，控制兩個盒子之間的電勢差，使其恰好改變正負(fù)，因此粒子在通過盒子之間的間隙時再次加速。 這樣，粒子在圓周運(yùn)動過程中一次又一次地通過盒子狹縫，兩個盒子之間的電勢差一次又一次地反轉(zhuǎn)，粒子的速度可以得到很大程度的提高。
高考回旋加速器的七個常見考點(diǎn)（敲黑板?。?span style="display:none">J7q物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
① 交變電場的周期與D形盒子中粒子運(yùn)動的周期有什么關(guān)系？
高頻交流電源的周期與D形盒內(nèi)運(yùn)動的帶電粒子的周期相同。 （見下圖）
（交變電場加速是這樣的）
（恒定電場加速是這樣的）
② 回旋加速器的電磁場如何分布？
D形盒由金屬導(dǎo)體制成，具有屏蔽外部電場的功能。 因此回旋加速器，盒子內(nèi)沒有電場，只有同方向的均勻磁場。 盒子之間存在交變電場。 帶電粒子在箱內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，每次加速后半徑變大。
③粒子獲得的最大動能與哪些因素有關(guān)？
回旋加速器獲得的粒子最終的最大速度和最大動能與加速電壓U無關(guān)，由D形盒的半徑Rm決定。 （同學(xué)們想知道為什么最大速度與加速電壓U無關(guān)？）
控制變量的想法
④ 帶電粒子的軌道半徑如何變化？
帶電粒子每次加速，回轉(zhuǎn)半徑都會增加。 半徑之比為：
（上圖是利用左右相反電場的等效交變電場的計算結(jié)果，可以看出軌道間距從內(nèi)到外逐漸變密?。?span style="display:none">J7q物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
⑤帶電粒子在回旋加速器中運(yùn)動的總時間是多少？
（上圖是粒子在回旋加速器中運(yùn)動時計算出的跟蹤率時間圖像）
可以看出，每次加速后，粒子在均勻磁場中運(yùn)動的時間保持不變。 但每次在電場中加速的時間越來越短，加速過程中的加速度保持不變。 這樣我們就可以求出粒子在磁場中運(yùn)動的總時間。
（放大圖片查看）
如果我們將上圖中粒子在磁場中的運(yùn)動時間“壓平”，我們可以發(fā)現(xiàn)，粒子在電場中的運(yùn)動可以看作是勻加速直線運(yùn)動。
等價思想
我們可以得出以下結(jié)論：
近似思想
⑥ 最大速度的兩種表達(dá)方式
由于交變電場的最大頻率和磁場的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，受到交變電源、磁場發(fā)生設(shè)備等設(shè)備的限制。顆粒的最大速度有兩種不同的形式可以獲得。
條件臨界思想
⑦被回旋加速器加速的粒子的最大能量是多少？
經(jīng)回旋加速器加速的帶電粒子能量達(dá)到25～30MeV后，就很難進(jìn)一步加速了。 原因是回旋加速器，根據(jù)狹義相對論，粒子的質(zhì)量隨著速度的增加而增加，質(zhì)量的變化會引起其回轉(zhuǎn)周期的變化，從而破壞與電場變化周期的同步。
由于勞倫斯的杰出貢獻(xiàn)，化學(xué)元素周期表中的第103號元素銠被以勞倫斯的名字命名。
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