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🗣 Wd提问: 回旋加速器工作原理图

🤖 Ai回答: 很抱歉，我无法直接显示图片。

不过，我可以为您详细描述回旋加速器的工作原理示意图及其工作原理：

示意图的主要组成部分：

1、 两个D形金属盒 (Dees): 这是加速器的核心，两个中空的半圆形金属盒（通常称为D1和D2）相对放置，中间留有一条狭窄的缝隙。
2、 匀强磁场: 整个D形盒区域处于一个强大的、方向垂直于D形盒底面的匀强磁场（通常用B表示）中。
3、 高频交流电源: 两个D形盒分别连接到一个高频交流电源的两极，使得两盒之间的缝隙处产生一个方向周期性变化的电场。
4、 粒子源: 位于D形盒中心附近（通常标记为A点），用于产生带电粒子（如质子）。
5、 真空室: 整个装置置于真空中，以避免粒子与空气分子碰撞。

工作原理：

1、 初始加速: 粒子源在中心A处释放一个初速度近似为零的带电粒子（如质子）。当粒子穿过D1和D2之间的缝隙时，缝隙中的电场会将其加速。
2、 磁场偏转: 粒子进入其中一个D形盒（如D2）后，由于D形盒是金属导体，其内部电场为零。粒子只受到垂直于其运动方向的洛伦兹力作用，从而在D形盒内做匀速圆周运动。
3、 同步加速: 粒子在D2内运动半个圆周后，再次到达缝隙。此时，高频交流电源的极性恰好发生改变，使得缝隙中的电场方向再次与粒子运动方向一致，粒子再次被加速。
4、 轨道扩大: 经过电场加速后，粒子的速度增大。根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式 `r = mv/(qB)`，速度v增大，半径r也随之增大。因此，粒子进入另一个D形盒（D1）后，将沿着一个半径更大的半圆轨道运动。
5、 循环往复: 上述过程不断重复。粒子每穿过一次缝隙就被加速一次，其速度和运动半径也随之逐步增大，运动轨迹呈螺旋状向外扩展。
6、 射出: 当粒子的运动半径增大到接近D形盒的最大半径R时，会被引出装置，获得很高的能量。

关键点：

* 共振条件: 为了确保粒子每次到达缝隙时都能被正确加速，高频交流电源的频率必须与粒子在磁场中做圆周运动的频率（回旋频率 `f = qB/(2πm)`）相等。这是回旋加速器能持续加速粒子的关键。
* 最大动能: 粒子最终获得的最大动能取决于D形盒的半径R和磁感应强度B，公式为 `E_kmax = (q²B²R²)/(2m)`。它与加速电压U的大小无关。电压U只影响粒子达到最大能量所需的加速次数和时间。

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提问时间: 2025-09-09 13:33:45

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