- Hieơn tượng Seebeck còn được ứng dúng đeơ làm pin nhieơt đieơn Khi maĩc nôi tiêp nhieău caịp nhieơt đieơn ta có theơ táo ra moơt boơ pin
CHUYEƠN ĐOƠNG CỤA ĐIEƠN TÍCH TRONG ĐIEƠN TRƯỜNG VAØ TỪ TRƯỜNG
7.3.5. Máy gia tôc xyclođtrođn.
Khi bay vào từ trường theo phương vuođng góc hát sẽ chuyeơn đoơng theo moơt quỹ đáo tròn. Theo (7-11) thì chu kỳ quay cụa hát khođng phú thuoơc vào vaơn tôc cụa nó. Tính chât này được áp dúng đeơ táo neđn những máy gia tôc hát gĩi là xyclođtrođn . Máy gia tôc hát được sử dúng đeơ táo ra những hát có naíng lượng lớn dùng trong nghieđn cứu hát nhađn.
Nguyeđn lý câu táo cụa xyclođtrođn được mođ tạ như hình 7-11. Boơ phaơn chính cụa nó goăm hai đieơn cực đeơ gia tôc hát làm baỉng đoăng lá có dáng là hai nửa hình trú tròn (gĩi là Duan hay cực D). Hai đieơn cực được đaịt giữa 2 cực cụa moơt nam chađm đieơn lớn có từ trường (B=1,5 T)ø hướng vuođng góc với beă maịt đieơn cực. Giữa hai đieơn cực đaịt vào moơt thê hieơu xoay chieău cao taăn cỡ vài chúc kilođvođn do moơt máy phát xoay chieău cung câp. Hát caăn gia tôc được cung câp từ nguoăn đaịt ở giữa tađm cụa Xyclođtrođn.
Hình 7-11
Quá trình gia tôc hát được thực hieơn nhieău laăn lieđn tiêp. Giạ sử moơt prođtođn được phóng ra ở tađm xyclođtrođn. Hát được đieơn trường giữa 2 bạn cực gia tôc và bay veă phía bạn ađm. Khi bay vào khe cụa đieơn cực ađm thì hát sẽ chịu tác dúng cụa từ trường hướng theo phương vuođng góc neđn quỹ đáo cụa hát sẽ là moơt đường tròn có bán kính tư leơ với vaơn tôc cụa hát tính theo bieơu thức (7-10): r = mv/eB .
Nêu ta chĩn taăn sô cụa thê hieơu xoay chieău đaịt vào baỉng taăn sô xyclođtrođn (7-12) cụa hát thì sau khi hát quay được nửa vòng tròn đên khe hở giữa hai cực, đúng lúc thê hieơu đoơi dâu (sau moơt nửa chu kỳ) và đát giá trị cực đái. Hát lái được gia tôc bởi đieơn trường giữa 2 khe và bay vào trong đieơn cực thứ 2 với vaơn tôc lớn hơn. Quỹ đáo cụa hát có bán kính lớn hơn trước, nhưng thời gian chuyeơn đoơng cụa hát trong đieơn cực văn khođng thay đoơi (baỉng nửa chu kỳ). Quá trình cứ tiêp nôi lieđn túc nhieău laăn, vaơn tôc cụa hát sẽ taíng leđn mãi.
Gĩi U là thê hieơu giữa hai cực, moêi laăn qua khe hát thu theđm naíng
lượng baỉng eU. Nêu hát qua khe n laăn thì naíng lượng cụa hát sẽ là neU.
Naíng lượng cực đái có theơ cung câp cho hát phú thuoơc vào đoơ lớn cụa cạm ứng từ B, vào bán kính cực đái rmax cụa hát, tức bán kính đieơn cực R. Theo (7-10) ta có: max max v = = ⋅ r R e B m
Đoơng naíng cực đái mà hát thu được là:
2 2 2 2 max v 1 2 2 m e R B m = ⋅
Naíng lượng cụa hát tính ra eV sẽ là:
= 1 ⋅ 2 2 ( ) 2
e
W R B
m eV (7-27) Ví dú . Dùng Xyclođtrođn đeơ gia tôc hát prođtođn. Cho biêt bán kính cực D là
R=0,5m. Cạm ứng từ cụa nam chađm là B = 1T. Tính naíng lượng cực đái hát
thu được.
Ta có, prođtođn mang đieơn tích nguyeđn tô dương, có khôi lượng gâp 1837 laăn electron, do đó: 19 8 31 1,6.10 0,96.10 / 9,1.10 .1837 e C C kg m kg − − = = Theo (7-27) ta có:
1 2 2 1 0,96.10 0,5 1 12.108 2 6 122 2 2 2 e W R B eV M m = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ≈ = eV .
Tuy nhieđn ta khođng theơ cứ tiêp túc mãi quá trình gia tôc. Đeơ táo hát có naíng lượng rât cao, máy xiclođtrođn bình thường khođng theơ đáp ứng do khođng theơ taíng B và R leđn mãi. Nguyeđn nhađn là khi vaơn tôc cụa hát taíng leđn thì khôi lượng cụa hát cũng taíng leđn do hieơu ứng tương đôi tính làm cho tỷ sô e/m giạm. Khi vaơn tôc cụa hát đát giá trị đụ lớn thì taăn sô xyclođtrođn cụa nó sẽ giạm và mât đoăng boơ với hieơu đieơn thê cao taăn ta đaịt vào. Quá trình gia tôc sẽ ngừng lái.
Đeơ giại quyêt mađu thuaơn này người ta dùng bieơn pháp đieău chưnh taăn sô cụa đieơn trường gia tôc sao cho nó luođn luođn phù hợp với sự biên đoơi cụa tỷ sô
e/m cụa hát (trong các máy như xincrođ-xyclođtrođn hay phazođtrođn). Trong máy
xincrođtrođn cho prođtođn người ta đieău chưnh cạ từ trường B và taăn sô cụa đieơn trường gia tôc. Baỉng cách như vaơy có theơ thực hieơn được:
o Taăn sô cụa prođtođn luođn đoăng boơ với taăn sô cụa trường gia tôc.
o Prođtođn sẽ cháy theo quỹ đáo tròn thay cho quỹ đáo xoaĩn ôc.
Như vaơy thì câu trúc cụa đieơn cực sẽ có dáng vòng ông trú thay cho hình trú và chư caăn đaịt nam chađm dĩc theo quỹ đáo tròn cụa ông mà khođng phại đaịt nam chađm tređn toàn boơ dieơn tích bao bởi vòng gia tôc (hình 7-12).
Tuy nhieđn nêu caăn naíng lượng cao thì chieău dài cụa vòng ông gia tôc cũng phại rât lớn. Trong máy xincrođtrođn dùng cho prođtođn ở phòng thí nghieơm quôc tê mang teđn Fermilab đường ông gia tôc có kích thước 2 inch với chu vi toơng coơng tới 4 daịm (6,3km). Tređn hình 7-13 là ạnh chúp toàn cạnh từ tređn khođng vòng từ cụa Fermilab và các tòa nhà cụa phòng thí nghieơm gaĩn với nó. Prođtođn phại thực hieơn khoạng 400000 vòng đeơ có naíng lượng toàn phaăn là 1 TeV (1012eV).
Nhu caău veă prođton có naíng lượng cao hơn nữa trong nghieđn cứu vaơt lý naíng lượng cao. Tređn hình 7-14 cho thây hình ạnh vòng từ cụa Fermilab (vòng nhỏ) và vòng từ cụa máy gia tôc tái trung tađm nghieđn cứu hát nhađn chađu AĐu CERN (vòng to hơn ngay beđn cánh). Vòng lớn nhât là cụa máy sieđu va chám sieđu dăn (SSC) có theơ được xađy dựng ở Texas, nó sẽ cho phép táo ra quá trình va chám prođton – phạn prođton ở naíng lượng 20TeV. Vòng từ – chu vi cỡ 52 daịm
Hình 7-12. Quang cạnh dĩc theo đường haăm cụa Xincrođtron đeơ gia tôc prođton ở Fermilab. Chu vi đường haăm dàiø 6,3 km.
Hình 7-13. Fermilab nhìn từ tređn khođng
Hình 7-14.
Vòng tròn lớn nhât là cụa máy sieđu va chám sieđu dăn (SSC) đang chuaơn bị xađy dựng vẽ đè leđn ạnh thành phô Washington chúp từ veơ tinh. Vòng trung gian ở giữa là cụa máy gia tôc tái CERN Thúy sĩ. Vòng nhỏ nhât là cụa máy gia tôc tái Fermilab.