回旋加速器:
(1)構(gòu)造:
回旋加速器的核心部件是兩個(gè)D 形扁金屬盒，整個(gè)裝置放在真空容器中，如圖所示。
①兩個(gè)D形盒之間留有一個(gè)窄縫，在中心位置放有粒子源。
�、趦蓚�(gè)D形盒分別接在高頻交變電源的兩極上，在兩盒間的窄縫中形成一個(gè)方向呈周期性變化的交變電場(chǎng)。
(2)原理:
利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來(lái)獲得高能粒子，如圖所示。
�、俅艌�(chǎng)的作用：帶電粒子以某一速度垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其中周期與速度和半徑無(wú)關(guān)，使帶電粒子每次進(jìn)入D形盒中都能運(yùn)動(dòng)相等時(shí)間(半個(gè)周期)后，平行于電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速。
�、诮涣麟妷海簽榱吮ＷC每次帶電粒子經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)均被加速，使能量不斷提高，要在狹縫處加一個(gè)周期與
相同的交流電壓。
(3)特點(diǎn)
�、賻щ娏Ｗ釉贒形盒中的回轉(zhuǎn)周期等于兩盒狹縫間高頻電場(chǎng)的變化周期，與帶電粒子速度無(wú)關(guān)(磁場(chǎng)保證帶電粒子做回旋運(yùn)動(dòng)，如圖所示)。
�、趲щ娏Ｗ釉贒形金屬盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不等距分布。設(shè)帶正電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，狹縫間加速電壓大小為U，粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，經(jīng)電場(chǎng)加速第一次進(jìn)入左半盒時(shí)速度和半徑分別為
。
第二次進(jìn)入左半盒時(shí)，經(jīng)電場(chǎng)加速3次，進(jìn)人左半盒的速度和半徑為
第k次進(jìn)入左半盒時(shí)，經(jīng)電場(chǎng)加速(2k一1)次，進(jìn)入左半盒時(shí)速度和半徑為
所以，任意相鄰兩軌道半徑之比
可見帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，越靠近D 形金屬盒的邊緣，相鄰兩軌道的間距越小。
�、蹘щ娏Ｗ釉诨匦铀倨鲀�(nèi)運(yùn)動(dòng)的最終能量。由于D形金屬盒的大小一定，所以不管粒子的大小及帶電荷量如何，粒子最終從加速器內(nèi)射出時(shí)應(yīng)具有相同的旋轉(zhuǎn)半徑。
由牛頓第二定律得
動(dòng)量大小與動(dòng)能之間存在定量關(guān)系
由①②兩式得
可見，帶電粒子離開回旋加速器的動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān)，而僅受磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒半徑的限制。加速電壓的大小只能影響帶電粒子在D形盒內(nèi)加速的次數(shù)。
④帶電粒子在回旋加速器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短，與帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期有關(guān)，同時(shí)還與帶電粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)有關(guān)。設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為n，加速電壓為U。因每加速一次粒子獲得的能量為qU，每圈有兩次加速。結(jié)合知
因此:
所以帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間
�、萦捎陔S著帶電粒子速度的增大，當(dāng)速度接近光速時(shí)，據(jù)愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論可知，粒子質(zhì)量增大，回轉(zhuǎn)周期變大，而與交變電壓周期不一致，使加速器無(wú)法正常工作，所以回旋加速器不能無(wú)限地對(duì)帶電粒子加速。