TỪ TRƯỜNG và máy GIA tốc hạt

CHỦ ĐỀ 7: TỪ TRƯỜNG VÀ MÁY GIA TỐC HẠT I Từ trường Khái niệm từ trường - Từ trường dạng vật chất,tồn xung quanh dòng điện hạt mang điện chuyển động,thực tương tác dòng điện Từ trường trái đất Từ trường nam châm Bản chất - Từ trường điện trường biểu riêng rẽ trường thống điện từ trường - Khi có dòng điện hay hạt mang điện chuyển động từ trường chúng chịu tác dụng lực từ trường - Từ trường (hay tổng quát trường điện từ) dạng vật chất Tức ta đo lường lượng, khối lượng động lượng MỘT VÀI HÌNH ẢNH LIÊN QUAN ĐẾN TỪ TRƯỜNG Nước từ Cảm ứng từ (B) - Là đại lượng vector, thường ký hiệu chữ B, đặc trưng cho khả tương tác lực từ trường lên điện tích chuyển động = q độ lớn F = q.v.B => B = - Cảm ứng từ có đơn vị đo SI Tesla (T), T = Wb/m² Chiều vector cảm ứng từ: tuân theo quy tắc bàn tay phải( ) Vòng dây  Tham khảo Dây điện thẳng Ống dây dẫn Vật lý đại cương A1 (chương 8: Trường tĩnh từ chân không) tg Nguyễn Thị Bé Bảy- Huỳnh Quang Linh- Trần Thị Ngọc Dung Jackson J.D., Classical Electrodynamics, John Wiley & Sons, 1962 Nguyễn Phúc Thuần, Điện động lực học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 1998 Ứng dụng Động điện Tàu cao tốc II Máy gia tốc hạt Truyền phát tín hiệu Loa điện Định nghĩa: Thiết bị dùng điện trường hay điện trường từ trường để tăng tốc hạt tích điện gọi chung máy gia tốc hạt + Vì nguyên lý hoạt động, cấu tạo, kích thước máy gia tốc khác Máy gia tốc sử dụng nhiều lĩnh vực + Trong vật lý, máy gia tốc đóng vai trò đặc biệt quan trọng, sử dụng nghiên cứu hạt sơ cấp Phân loại máy gia tốc hạt Có hai loại máy gia tốc: a Máy gia tốc thẳng Máy gia tốc thẳng Super HILAC Máy gia tốc thẳng loại máy gia tốc cổ Cho chùm hạt mang điện qua dãy nối tiếp miền có điện trường, hạt mang điện tăng tốc nhờ điện trường Cuối cùng, hạt mang điện có lượng khoảng vài trăm MeV b Máy gia tốc vòng Máy gia tốc vòng loại máy gia tốc hạt chuyển động theo đường vòng Để buộc hạt chuyển động theo đường vòng, người ta dùng từ trường nam châm có dạng thích hợp để uốn cong quĩ đạo hạt Còn để tăng tốc hạt người ta dùng điện trường Có hai kiểu máy gia tốc vòng:  Kiểu cyclotron: Trong cyclotron, quĩ đạo hạt tích điện đường gần giống xoáy ốc phẳng  Kiểu synchrotron: Trong synchrotron, quĩ đạo hạt đường tròn 3 Nguyên tắc hoạt động máy gia tốc a Cyclotron Trong Cyclotron, điện cực đặt ống chân không, tần số cao cung cấp cho điện cực “D”( hình chữ D) hút đẩy hạt điện tích nằm trung tâm từ trường, hạt gia tốc vượt xuyên qua khe hai cực (Mỗi vượt qua khe, điện cực hai chữ D đổi dấu, hạt lại tăng tốc) Từ trường thẳng đứng có nhiệm vụ làm cho hạt chuyển động theo đường tròn hình chữ D, nhiên vận tốc hạt tăng lên, bán kính quỹ đạo tăng theo, điện trường giũa khe có nhiệm vụ gia tốc cho hạt chúng vượ qua khe Vì quỹ đạo củ hạt có dạng gần giống xoắn ốc Ta dùng định luật II Newton để chứng minh sụ phụ thuộc bán kính quỹ đạo với vận tốc: F = m.a với F = q.v.B Suy Từ công thức ta kết luận bán kính tỉ lệ thuận với vận tốc Tần số dòng điện máy phát dao động phải trùng với tần số quay hạt == ==> (*) Trong thực tế người ta giữ nguyên tần số thay đổi số B phươn trình (*) thõa mãn b Kiểu synchrotron  Cũng tương tự cyclotron quỹ đạo hạt đường tròn, khơng xoắn ốc, bán kính quỹ đạo thường lớn, để khơng làm tăng bán kính quỹ đạo người ta phải dùng nhiều nam châm có cảm ứng từ khác bố trí theo thứ tự cảm ứng từ tăng dần Mỗi hạt tăng tốc cảm ứng từ từ trường phải tăng tương ứng để giữ cho bán kính quĩ đạo khơng đổi Vai trò máy gia tốc: Trong vài thập kỉ, máy gia tốc Cyclotron nguồn tốt chùm lượng cao thí nghiệm vật lý hạt nhân, vài Cyclotron dùng cho nghiên cứu Cyclotron dùng để xem xét ung thư Chùm ion từ Cyclotron dùng, để thâm nhập vào người diệt khối u ác tính xạ trị Chùm Cyclotron bắn phá nguyên tử khác để tìm hạt đồng vị Dùng máy gia tốc để tạo gạt có vận tốc cao, sau cho hạt va vào để xem xét mảnh vỡ tìm hiểu hạt nhỏ (neutrino, higgs, quac, …) ... dụng nghiên cứu hạt sơ cấp Phân loại máy gia tốc hạt Có hai loại máy gia tốc: a Máy gia tốc thẳng Máy gia tốc thẳng Super HILAC Máy gia tốc thẳng loại máy gia tốc cổ Cho chùm hạt mang điện qua... tiếp miền có điện trường, hạt mang điện tăng tốc nhờ điện trường Cuối cùng, hạt mang điện có lượng khoảng vài trăm MeV b Máy gia tốc vòng Máy gia tốc vòng loại máy gia tốc hạt chuyển động theo... tốc hạt tích điện gọi chung máy gia tốc hạt + Vì nguyên lý hoạt động, cấu tạo, kích thước máy gia tốc khác Máy gia tốc sử dụng nhiều lĩnh vực + Trong vật lý, máy gia tốc đóng vai trò đặc biệt quan