加速器物理课件第7章电子感应加速器.

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《核技术及应用》学科指定必修基础课程
的力，我们现在称之为库伦力(Coulomb forces)。由于更强大的电荷成为可能，发光的放电现 象被观察到，并且开始强烈地致力于对试验观察，在十九世纪的后半叶大部分期间内。例如， 正是这些电发光放电现象的观察导致科学界发现了基本粒子和电磁辐射，它们都是粒子加速 器的基本因素。
2e2 f 2 ， 3v
此处的 e 是发射粒子的电荷， f 为加速度，及 v 为光的速度。1897 年 J.J. Thomson 用电磁谱 测量了 Kanal 和阴极射线的荷质比( e / m )，并且发现了阴极射线的荷质比要大于 Kanal 射线
的荷质比 1700 倍，他解释阴极射线是由支配自由电子证据是自由电荷组成的。1897 年 J. Larmor 用公式描述拉莫进动(Larmor precession)的概念。1898 年 Lienard 计算了一个运动点 电荷邻域的电场和磁场，并且估算来自沿圆轨道运转荷电粒子电磁辐射的能量损失。1900 年 Wiechert 导出了点电荷的推迟势的表达式。1903 年汤姆逊提出正电荷在原子中均匀分布 的假设，1905 年卢瑟福提出电子围绕旋转的概念，盖革的两位研究生发现电子的散射行为
ηλεκτρον ，并且成为区分电现象与相关科学的起源。二千多年来此现象观察除了好奇心
没有其它更多的。然而，十九世纪以来有关的电现象在科学界内变得十分时髦了，并且发展 成为与现代科学文化紧密结合有影响力的一门技术。
到电荷载体能够被绝缘又经历了二百年的时间。许多系统试验得以进行，理论被发展， 以从数学上表述被观察到的现象。正是库伦(Coulomb)在 1785 年首次成功地标定了电荷之间
在此建造之后的二十一年里，伴随物理学发展，萌芽性质的加速器物理与技术发展开始 起步，建造了最早期的直线加速器。1907 年 Schott 用公式描述同步辐射的第一个理论，以 试图解释原子谱。1901 年起步的 W. Kaufmann 首先独立并于 1907 年与 A.H. Bucherer 提出 电子质量随能量的增长，第一个支持狭义相对论理论。1909 年 R.A. Milikan 开始测量电子 的电荷。1913 年由 J. Franck 和 G. Hertz 做了第一个试验用加速电子以激励原子。1914 年 Marsden 产生了第一个质子束借助阿尔法粒子照射石腊。1920 年 H. Greinacher 建造了第一 个级联发生器(cascade generator)。1922 年 R. Wideroe 作为研究生做了射线变压器草图设计。 1924 年 Ising 发明了电子直线加速器，借助于漂移管和火花隙激发产生加速功率。1928 年 Wideroe 报告了第一次钾和钠离子的直线加速器的运行，讨论了电子感应加速器的运行及错 误在于得到束流因缺乏聚焦。1928 年 P.A.M. Dirac 预言正电子的存在。1931 年 Van de Graaff 建造了首个高压发生器。

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基础再现·深度思考
专题7
三、示波管 【知识梳理】 1．构造：(1)_电__子__枪___，(2)_偏___转__电__极____．
2．工作原理(如图3所示)本Βιβλιοθήκη 课栏 目图3
开
关 (1)如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压，则电子枪射
出的电子沿直线运动，打在荧光屏____中__心__，在那里产生一
于各前沿科学领域．汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图12
所示，M、N为两块水平放置的平行金属极板，板长为L，板
右端到屏的距离为D，且D远大于L，O′O为垂直于屏的中心
本 课
轴线，不计离子重力和离子在板间偏离O′O的距离．以屏中 心O为原点建立xOy直角坐标系，其中x轴沿水平方向，y轴沿
栏 竖直方向．
目 开
个亮斑．
(2)YY′上加的是待显示的__信__号___电__压___．XX′上是机器自身产 生的锯齿形电压，叫做______扫__描___电_．压若所加扫描电压和信
号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个
周期内变化的稳定图象.
课堂探究·突破考点
专题7
考点三 带电粒子在电场中运动的实际应用——示波器
分组训练·提升能力
专题7
1．如图17所示，电子由静止开始从A板向B板运动，当到达
B极板时速度为v，保持两板间电压不变，则
( CD )
A．当增大两板间距离时，v也增大
B．当减小两板间距离时，v增大
本 课 栏
C．当改变两板间距离时，v不变
图17
D．当增大两板间距离时，电子在两板间运动的时间也增大
目 开
设一个质量为m0、电荷量为q0的正离子以速度v0沿O′O的方向

表1 电子束能量 电子感应加速器主要技术指标 电子感应加速器 2.5MeV 4MeV 5MeV 6MeV 7.5MeV 10MeV 1 3 3 5 16 最大X射线剂量率 0.016 （cGy/min.m） 焦点直径（mm） 最大透照厚度 （mm） 照相灵敏度 表2 —— —— ——
条件： 1）为便于比较，直线加速器焦距取1.8m，回旋加 速器焦距取1.0m； 2）以200mm钢为例计算； 3）采用柯达AA400底片； 4 ）根据我们拍片经验，底片吸收剂量按3.1cGy计算； 5）本计算仅供参考。 根据公式可得出表3所示结果。
式中， I为底片吸收剂量，取3.1cGy； I0为距加速器焦点1米处，出束剂量率cGy/min.m； d为焦距，取1.8m； D为工件厚度，取200mm； D 1/2为 半 价 层 ， 对 4 M e V 电 子 直 线 加 速 器 约 为 25mm；对7.5MeV电子感应加速器约为28mm； 根据上述公式可推出透照时间t的计算公式：
2 透照时间对比
以下是两种加速器具体的计算比较。由于目前普遍 工业所需用X射线进行检测的工件厚度一般在250mm左 右，因此下面对4MeV电子直线加速器和7.5MeV电子感 应加速器就透照时间、工作性能、防护墙厚度、造价等 方面进行比较。 计算公式说明如下：
4 防护墙厚度对比
计算方法 在厅外距靶点r（m）处的辐射剂量率为（单位rad/ min）：
表3 电子直线加速器和电子感应加速器工作效率对比 D/D1/2 6 5.17 最大剂量率 （cGy/m.min） 500 5 透照时间 4.98分 84.79分
能量（MeV） 4MeV电子直线加速器 7.5MeV电子感应加速器
0.2×3 0.2×3 0.2×3 0.2×3 0.3×3 150 1% 200 1% 250 1% 250 1% 350 1%

关
键
词： 电子感应加速器 ； 法拉第定律 ； 广义洛伦兹磁力
文献标志码 ： Ａ
中图分类号 ： ０ ４ ４ １
在１ ８ ３ ６ ￣１ ８ ８ ８年 间 ， 法拉 第和 麦克斯 韦不 认 识 电荷 的 物 理 概 念 ， 更不认识 电流的物理本质。 １ ８ ９ ７年 洛伦 兹诞 生 电子 论 （ 此 时法 拉第 和 麦 克斯 韦 已经去 世 ） ， 即在 １ ８ ９ ７年之 前 ， 人 们没 有发 现 电 子， 所 以人们 不 认 识 电荷 和 电流 的 物理 概 念 。当 时人们 流行 以太 ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ， 在 此 之前 没 有 洛伦 兹 电 子论 ， 也没有 洛 伦 兹 磁 力 。虽然 爱 因斯 坦 与 洛伦
第２ ６ 卷
第ｌБайду номын сангаас期
大
学
物
理
实
验
Ｖｏ １ ． ２ ６ Ｎｏ ．１
Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ２月
Ｐ Ｈ ＹＳ Ｉ ＣＡＩ ＥＸＰＥＲＩ Ｍ ＥＮＴ ０Ｆ ＣＯＬＬＥ ＧＥ
文章编号 ： １ ０ ０ ７ — ２ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ４ — ０ ３
经 典 洛 伦 兹磁 力 和广 义洛 伦 兹磁 力解 释 电子 感应 加 速 器 的本 质
曾清平
（ 空军 （ 雷达） 预警 学院， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ０ ）
摘
要： 介绍 了虚构 的法拉第定律与 电子感应 加速器 不合理 ， 用完 整洛伦兹 磁力解 释 电子感应 加
速器合理有效。
收稿 日期： ２ ０ １ ２ — １ ０ — １ ６
本质， 其余定律或理论仅仅是个别感应现象 的粗 略虚构 ； 完整洛伦兹磁力能解决法拉第定律与楞 次 定律 之间 的 因果关 系之 哲 学 争 议 问题 ， 它 能 证 明楞次 电流定 律 ， 能证 明法拉 第 电动势 是虚构 ， 并 用 实验证 明漩 度 场 及 爱 因斯 坦 的协 变 场不 存 在 。 本 项 目用实 验来 证 明完 整 洛仑 兹 磁 力 的准 确 性 ， 揭 示 电磁感 应 的物 理 本 质 问题 ， 把 一 切 电磁感 应 问题统 一 到完洛 伦兹 磁力这 个物 理本 质上来 。完 整洛 伦兹磁 力 ： 经典 洛伦 兹磁 力 Ｆ 一 ｑ ｖ ×Ｂ 和 广 义洛伦 兹磁 力 Ｆｚ ＝ ＝ ＝ ×Ｖ Ｂ 是 一切 电磁感 应 的 物理 本质 和原 因 ； 其余 的法 拉 第定 律 和爱 因斯 坦 协 变场都 是虚 构 的 ， 它们 与实 验不符 。