Задание 12. Циклотрон Для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий применяются специальные устройства — ускорители заряженных частиц. В основе работы ускорителя лежит взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать ее энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, лишь отклоняет частицу, не изменяя ее энергии, и задает траекторию, по которой движутся частицы. Ускорители заряженных частиц можно классифицировать по разным признакам. По типу ускоряемых частиц различают электронные ускорители, протонные ускорители и ускорители ионов. По характеру траекторий частиц различают линейные ускорители, в которых пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки и траектории частиц близки к прямой линии, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым (например, окружностям или спиралям), проходя ускоряющие промежутки по многу раз. На рисунке 1 представлена схема работы циклотрона — циклического ускорителя протонов (или ионов). Частицы из ионного источника 1 непрерывно поступают в вакуумную камеру и ускоряются электрическим полем, создаваемым электродами 3. Магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка, заставляет заряженную частицу отклоняться от прямолинейного движения. Каждый раз, проходя зазор между электродами, заряженная частица получает новую порцию энергии и дополнительно ускоряется. Траекторией движения ускоряющейся частицы в постоянном магнитном поле получается раскручивающаяся спираль. чертежа. 1 — ионный источник; 2 — орбита ускоряемой частицы (спираль); 3 — ускоряющие электроды; 4 — выводное устройство (отклоняющие пластины); 5 — источник ускоряющего поля Циклотрон — первый тип циклических ускорителей. Впервые был разработан и построен в 193 году. До сих пор циклотроны широко применяются для ускорения тяжелых частиц до относительно небольших энергий. Какова траектория движения в циклотроне заряженной частицы, влетающей в магнитное поле?

Question

Вопрос:

Задание 12. Циклотрон Для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий применяются специальные устройства — ускорители заряженных частиц. В основе работы ускорителя лежит взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать ее энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, лишь отклоняет частицу, не изменяя ее энергии, и задает траекторию, по которой движутся частицы. Ускорители заряженных частиц можно классифицировать по разным признакам. По типу ускоряемых частиц различают электронные ускорители, протонные ускорители и ускорители ионов. По характеру траекторий частиц различают линейные ускорители, в которых пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки и траектории частиц близки к прямой линии, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым (например, окружностям или спиралям), проходя ускоряющие промежутки по многу раз. На рисунке 1 представлена схема работы циклотрона — циклического ускорителя протонов (или ионов). Частицы из ионного источника 1 непрерывно поступают в вакуумную камеру и ускоряются электрическим полем, создаваемым электродами 3. Магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости рисунка, заставляет заряженную частицу отклоняться от прямолинейного движения. Каждый раз, проходя зазор между электродами, заряженная частица получает новую порцию энергии и дополнительно ускоряется. Траекторией движения ускоряющейся частицы в постоянном магнитном поле получается раскручивающаяся спираль. чертежа. 1 — ионный источник; 2 — орбита ускоряемой частицы (спираль); 3 — ускоряющие электроды; 4 — выводное устройство (отклоняющие пластины); 5 — источник ускоряющего поля Циклотрон — первый тип циклических ускорителей. Впервые был разработан и построен в 193 году. До сих пор циклотроны широко применяются для ускорения тяжелых частиц до относительно небольших энергий. Какова траектория движения в циклотроне заряженной частицы, влетающей в магнитное поле?

Ответ:

ФИО:Телефон:Емаил:Полное описание сути нарушения прав (почему распространение данной информации запрещено Правообладателем):

Accepted Answer

Анализ траектории частицы в циклотроне:

В циклотроне на заряженную частицу действуют два поля:

Электрическое поле: Оно используется для ускорения частицы, то есть увеличения ее кинетической энергии. Поле приложено между электродами (дуантами) и меняет направление, чтобы частица получала энергию при каждом прохождении зазора.
Магнитное поле: Оно направлено перпендикулярно плоскости движения частиц. Под действием силы Лоренца ($$F = qvB$$), которая всегда перпендикулярна скорости частицы ($$v$$) и вектору магнитной индукции ($$B$$), частица движется по дуге окружности.

Описание траектории:

Когда частица влетает в циклотрон, она начинает двигаться в магнитном поле. Электрическое поле ускоряет ее, и каждый раз, проходя зазор между дуантами, частица увеличивает свою скорость. Так как скорость растет, а магнитное поле, искривляющее траекторию, остается постоянным, радиус окружности, по которой движется частица, увеличивается. Это приводит к тому, что траектория частицы становится раскручивающейся спиралью.

На рисунке 1 это показано пунктирной линией, обозначенной цифрой 2, как "орбита ускоряемой частицы (спираль)".

Ответ: Траектория движения заряженной частицы в циклотроне в постоянном магнитном поле является раскручивающейся спиралью.