回旋加速器Cyclotron
越转越快,一圈的时间却不变。
T = 2πm / (qB) Ekm = q²B²R² / (2m)高中物理
蓝色:质子,× 表示磁场垂直纸面向里
T = 2πm / (qB) Ekm = q²B²R² / (2m)
带电粒子在 D 形盒内做匀速圆周运动,每经过两盒间的缝隙就被电场加速一次。回旋周期 T = 2πm/(qB) 与速度无关,所以交变电压的频率固定就能次次同步加速。粒子半径越转越大,最终从 D 形盒边缘引出:最大动能只由磁场和 D 形盒半径决定,与加速电压无关。
B磁感应强度(T)U加速电压(kV)RD 形盒半径(m)
t = 0.00 s
速度
回旋周期65.6ns
最大动能11.97MeV
加速次数2395次
动能与加速次数
每次过缝增加 qU;到达 D 形盒边缘时动能达到上限,与电压无关。
想一想
把加速电压提高到原来的 2 倍,质子最终获得的动能会变大吗?
不会。最大动能 Ekm = q²B²R²/(2m) 与电压无关;电压加倍只会让加速次数减半、质子更快离开。要提高能量,得加大磁场或 D 形盒半径。
模型条件加速质子 · 忽略相对论效应与在缝隙中的时间 · 画面最多示意 16 个半圈
实验记录
调好参数后点“记录当前数据”。多记几组不同参数的数据,就能画出它们的关系并做直线拟合;暂停后在不同时刻记录,还可以研究读数随时间的变化。