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质谱仪与回旋加速器
第一章第四节
同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。
氢的同位素：
思考：
能否设计一个方案，将一束混合有氕、氘、氚三者的离子（电荷量相同、质量不同）分离开来？
U1
+
- - - - - - - - - -
+ + + + + + + + +
U2
+
y
方案一：只使用电场对带电粒子的加速和偏转
思考：
能否设计一个方案，将一束混合有氕、氘、氚三者的离子（电荷量相同、质量不同）分离开来？
L
板间距为d
m q
y与m和q都没有关系，说明所有粒子偏转情况都是相同的，因此无法将不同种类粒子分离
思考：
能否设计一个方案，将一束混合有氕、氘、氚三者的离子（电荷量相同、质量不同）分离开来？
方案二：使用电场加速，使用磁场偏转
思考：
能否设计一个方案，将一束混合有氕、氘、氚三者的离子（电荷量相同、质量不同）分离开来？
方案二：使用电场加速，使用磁场偏转
原理图
加速电场
+
回转半径
不同粒子打在照相底片的位置不同，根据位置就可以判断粒子的种类。
底片
m q
一、质谱仪
1.质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，精确测定带电粒子的比荷、分析同位素、测定已知电荷粒子的质量。
2.结构及作用 ：
①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子
②加速电场：使带电粒子获得速度
③偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离
④照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径
电离室
加速电场
偏转磁场
照相底片
要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”，然而原子核被强大的核力约束，我们怎么才能把原子核打开呢？
用高能量的粒子去轰击原子核
问题二：粒子获得的最大动能和什么因素有关
问题一：如何获得高能粒子呢
问题三：如何才能突破直流高压的限制，使粒子获得更多的能量
1990年建成的北京正负电子对撞机
1966年建成的斯坦福大学的加速器管长3500米
如何设计一个多次加速且减小占地的加速器呢？
回旋加速器示意图
接高频
电源
狭缝
原理图
粒子源
回旋加速器
粒子源
匀强磁场
问题一：粒子在D形盒运动一个半圆所用时间是多少呢？
问题二：所加的交变电压的周期是多少？（狭缝很窄，在狭缝中运动的时间可以忽略）
问题三：带电粒子能否在回旋加速器中无限加速，假设D形盒半径为R，带电粒子获得的最大动能是多少呢？
问题四：如果回旋加速器半径足够大，粒子速度可以一直加速下去吗？
这个过程看似可以一直进行下去，但实际上回旋加速器加速的带电粒子，能量达到25-30MeV就很难加速了。这是因为按照狭义相对论，粒子的质量会随着速度的增加而增加，圆周运动的周期也随之增加，这样电场与运动将不再同步，也就没办法加速了。————不可以超过光速！
回旋加速器的应用
2012年上帝粒子——希格斯粒子在瑞士的欧洲核子研究组织（CERN）的大型质子对撞机（LHC）被捕捉到，获得诺贝尔物理学奖
伽马刀放射治疗

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