回旋加速器的最大半径为R,当速度达到v时,粒子飞出加速器.已知两个D形盒的间距d,加速电压U,质量m电量q

问题描述:

回旋加速器的最大半径为R,当速度达到v时,粒子飞出加速器.已知两个D形盒的间距d,加速电压U,质量m电量q
求粒子在磁场和电场中运动的总时间

在电场中运动那部分时间设为 t电,可认为粒子是从速度为0开始被电场加速到V
而磁场对粒子只起偏转作用,不影响粒子的速度大小.
所以 qU=mV^2 / 2
(qE)*t电=mV
E=U / d
得 t电=2*d / V
电场每加速一次粒子,就可使粒子获得动能 q*U
所以共加速的次数是 N=(m V^2 / 2)/ (qU)=m V^2 / (2qU)
又设粒子在磁场中运动的周期是T,则 T=2π m /(qB) ,B是磁感应强度
且 R=mV / (qB)
所以 T=2π* m^2*V / R
电场每完成两次对粒子的加速,就对应粒子在磁场中完成一次圆周运动
所以在磁场中运动的总时间是 t磁=(N / 2)*T={ [ m V^2 / (2qU)] / 2 }*(2π* m^2*V / R)
得 t磁=π* m^3*V^3 / (2*q*U*R)
粒子在磁场和电场中运动的总时间 t总=t电+t磁
得 t总=(2*d / V)+[ π* m^3*V^3 / (2*q*U*R) ]是否可取 T=2πR/v, 得 t磁=(N / 2)*T=πRmv/2qU. 然后 t总=(2*d / V)+ πRmv/2qU 呢?可以取 T=2πR/ v 。因为两个D形盒之间的距离d实际上是很小的。这是两种不同形式表示的结果,结果的数值是相等的。