帶電粒子在電場磁場中的運動

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1、帶電粒子在電場、磁場中的運動第五節(jié)13.5.1帶電粒子在電場、磁場中的運動1.運動方程2.帶電粒子在磁場中的運動×v0×××××××××××××××××××××××qFmBv0B(1)T=Rπ2v=2πmqB螺距：θvvvqBRvθ(2)B與成角0R=mvqB=v=v=垂直磁場方向作圓周運動,平行于磁場方向作均速直線運動.hT=v=+++?受力f有關(guān)公式運動勻加速拋物線斜拋運動加速度勻速直線勻速圓周運動螺旋運動電場磁場+++?0T=Rπ2v=2πmqBR=mvqB=hT=v=13.5.2應(yīng)用1.磁聚焦hB????????????????????一束發(fā)散角

2、不大的帶電粒子束，若這些粒子沿磁場方向的分速度大小又一樣，它們有相同的螺距，經(jīng)過一個周期它們將重新會聚在另一點這種發(fā)散粒子束會聚到一點的現(xiàn)象叫磁聚焦。它廣泛應(yīng)用于電真空器件中如電子顯微鏡中。它起了光學(xué)儀器中的透鏡類似的作用?！选选选选选选选选选选选选选选选选选选选????????????????????U陰極控制極陽極Bl調(diào)節(jié)B，使比值l/v0x為正整數(shù)n,即：l/v0x＝n又因為：q/m=(1.75881962±0.00000053)×1011C/kg3.磁約束---帶電粒子在非均勻磁場中的運動一個帶電粒子進入軸對稱會聚磁場，如圖所示,在YZ平面內(nèi)做圓

3、周運動。由于磁場的不均勻性，洛侖茲力的大小要變化，所以帶電粒子在YZ平面內(nèi)不是勻速圓周運動,半徑逐漸變小。帶電粒子的活動被束縛在一根磁感應(yīng)線附近的小范圍內(nèi),也就是說帶電粒子回旋軌道的中心(引導(dǎo)中心)只能沿磁感應(yīng)線作縱向移動,而不能橫越它.只有當(dāng)粒子發(fā)生碰撞時,引導(dǎo)中心才能由一根磁感應(yīng)線跳到另一根磁感應(yīng)線上.帶電粒子進入軸對稱的會聚磁場，它便被約束在一根磁力線附近的很小范圍內(nèi)，它只有縱向沿磁力線的運動，而無橫向跨越?；蛘哒f在橫向輸運過程中它受到很大的限制。結(jié)論*磁鏡在受控?zé)岷朔磻?yīng)中,不僅要求引導(dǎo)中心受到橫向約束,也希望有縱向約束,用磁鏡裝置能限制中心的縱向

4、移動.理論可以證明,當(dāng)兩端磁場足夠強時,粒子縱向運動被抑止,而沿反方向運動.這種運動方式如同光線遇鏡面反射一樣.線圈線圈B磁約束裝置等離子體磁塞地磁場的磁感應(yīng)線S北極N南極1958年人造衛(wèi)星的探測發(fā)現(xiàn),在距地面幾行公里和兩萬公里的高空,分別存在內(nèi)外兩個環(huán)繞地球的輻射帶,現(xiàn)稱之為范艾侖輻射帶輻射帶。范艾侖輻射帶(VanAllenbelts)因為它具有較高的能量，曾在人造衛(wèi)星的發(fā)射等空間科學(xué)中發(fā)現(xiàn)了它，并給予了必要的考慮。帶電粒子（如宇宙射線的帶電粒子）被地磁場捕獲，繞地磁感應(yīng)線作螺旋線運動，在近兩極處地磁場增強，作螺旋運動的粒子被折回，結(jié)果沿磁力線來回振蕩

5、形成范?阿侖輻射帶。當(dāng)太陽黑子活動引起空間磁場的變化，使粒子在兩極處的磁力線引導(dǎo)下，在兩極附近進入大氣層，能引起美妙的北極光。范艾侖(J.A.VanAllen)輻射帶宇宙帶電粒子被地球磁場俘獲并在艾侖北極光地軸B增大SN北極南極帶內(nèi)作螺旋式振蕩運動。北極光NSD1D22、回旋加速器Cyclotron、獲得高能帶電粒子的儀器磁鐵N,S---中間強勻磁場---常量D1;D2---D型盒---RD1,D2縫隙---交變電場E中心---離子源結(jié)構(gòu):原理:q轉(zhuǎn)方向E加速qq轉(zhuǎn)方向高能粒子qo····················D1D2密封在真空中的兩個金屬盒（

6、D1和D2）放在電磁鐵兩極間的強大磁場中，如圖所示兩盒之間有一窄縫，中心附近放有離子源。兩盒間接有交流電源，它在縫隙里的交變電場用以加速帶電粒子。R為盒的最大半徑。交變電場的周期恰好為回旋一周的周期時即粒子繞過半圈恰好電場反向，粒子又被加速。因為回旋周期與半徑無關(guān)，所以可被反復(fù)加速，至用致偏電極將其引出。帶電粒子束N線圈S鐵芯接振蕩器電子回旋加速器環(huán)形真空室回旋加速器真空室示意圖束流線高壓電源真空泵測量電容離子源束流探測器D形電極真空室靜電偏轉(zhuǎn)板微調(diào)電容四極透鏡束流探測器E.O.勞倫斯(1901-1957)設(shè)計的世界上第一臺回旋加速器中國第一臺回旋加速器

7、中國科學(xué)院高能物理研究所90Mev加速器倍恩勃立奇(Bainbridge)質(zhì)譜儀狹縫偏轉(zhuǎn)板照相底片離子源........................................................+?BR勻強磁場粒子徑跡速度選擇器狹縫偏轉(zhuǎn)板照相底片離子源........................................................+?BR勻強磁場粒子徑跡速度選擇器通過速度選擇器后粒子的速度在洛倫茲力作用下粒子在勻強磁場作圓周運動時E=′Bv(1)BRmqv=(2)R∝BEmq′B由式(1)、(2)得：

8、R∝m即：利用質(zhì)譜儀可以測出元素中個同位素的含量磁流體發(fā)電（MHD）(Magne