ренца по півколу, радіус яких зростає в міру збільшення енергії частинок. Кожен раз, коли частинка пролітає через зазор між дуантами, вона прискорюється електричним полем. Таким чином, в циклотроні, як і у всіх інших прискорювачах, зарядженачастка прискорюється електричним полем, а утримується на траєкторії магнітним полем. Циклотрони дозволяють прискорювати протони до енергії близько 20 МеВ.
Однорідні магнітні поля використовуються в багатьох приладах і, зокрема, в мас-спектрометрах - пристроях, за допомогою яких можна вимірювати маси заряджених частинок - іонів або ядер різних атомів. Мас-спектрометри використовуються для розділення ізотопів lt; # 40 src= doc_zip19.jpg / gt; заряджених частинок спрямована перпендикулярно векторах і
На частку, що рухається в схрещених електричному і магнітному полях, діють електрична сила і магнітна сила Лоренца lt; # 40 src= doc_zip23.jpg / gt; Частинки рухаються в камері в площині, перпендикулярній магнітному полю, під дією сили Лоренца. Траєкторії часток являють собою окружності радіусів R=m?/QB laquo ;. Вимірюючи радіуси траєкторій при відомих значеннях? і B можна визначити ставлення q/m. У разі ізотопів (q1=q2) мас-спектрометр дозволяє розділити частки з різними масами.
Рис. 5 Селектор швидкостей і мас-спектрометр
Сучасні мас-спектрометри дозволяють вимірювати маси заряджених частинок з точністю вище 10 - 4.
Рис. 6 Рух зарядженої частинки по спіралі в однорідному магнітному полі
Якщо швидкість частинки має складову вздовж напрямку магнітного поля, то така частка буде рухатися в однорідному магнітному полі по спіралі. При цьому радіус спіралі R залежить від модуля перпендикулярній магнітному полю складової? ? вектора а крок спіралі p - від модуля поздовжньої складової? || (Мал.)
Таким чином, траєкторія зарядженої частинки як би навивається на лінії магнітної індукції. Це явище використовується в техніці для магнітної термоізоляції високотемпературної плазми, тобто повністю іонізованого газу при температурі близько 10 6 K. Речовина в такому стані отримують в установках типу «Токамак» при вивченні керованих термоядерних реакцій. Плазма не повинна стикатися зі стінками камери. Термоізоляція досягається шляхом створення магнітного поля спеціальної конфіругаціі. Як приклад на рис.7, зображена траєкторія руху зарядженої частинки в магнітної «пляшці» (або пастці).
Рис. 7 Магнітна «пляшка». Заряджені частинки не виходять за межі «пляшки». Магнітне поле «пляшки» може бути створено за допомогою двох круглих котушок зі струмом
ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Завдання 1. Залежність величини радіусу траєкторії руху зарядженої частинки в магнітному полі від величини маси частинки
Таблиця 1 Значення радіуса траєкторії як функції маси зарядженої частинки
Маса m, а.е.м.12346Остальние параметри q=1; V=2; ? =70; B=10; E=0Радіус R, м0,190,370,560,751,12
Рис. 8 При m=1а.е.м.
Рис. 9 При m=6 а.е.м.
Завдання 2. Залежність величини радіусу траєкторії руху зарядженої частинки в магнітному полі від величини індукції магнітного поля
Таблиця 2 Значення радіуса траєкторії як функції індукції магнітного поля
Індукція В, мТл10121520Остальние параметри q=1; m=2; V=6; ? =70; E=0Радіус R, м1,120,930,740,56ВR, відн. ед.11,211,211,111,2
Рис. 10 Значення R, при B=10
Рис. 11 Значення R, при B=20
Завдання 3. Залежність величини радіусу траєкторії руху зарядженої частинки в магнітному полі від величини швидкості частинки
Таблиця 3 Значення радіуса траєкторії як функції швидкості частинки V
Швидкість V, 10 5 м/с12346Остальние параметри q=1; m=2; ?=70; B=10; E=0Радіус R, м0,190,370,560,751,12
Рис. 12 При V=2
Рис. 13 При V=6
Завдання 4. Залежність величини радіусу траєкторії руху зарядженої частинки в магнітному полі від величини заряду частинки
Таблиця 4 Значення радіуса траєкторії як функції заряду частинки
Заряд q, од. заряду електрона1234Остальние параметри m=18; V=1; ?=70; B=10; E=0Радіус траєкторії R, м1,680,840,560,42Проізведеніе qR, відн. едініци1,681,681,681,68
