Зарядталған бөлшектердің электромагниттік өрісте қозғалысы
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3
І.Негізгі бөлім
1.1 Зарядталған бөлшектердің электромагниттік өрісте қозғалысы ... ... ... 4
1.2 Қозғалыстағы зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістері
әсерімен бұрылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6
1.3 Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Циклотрон ... ... ... ... ... ... ... ... .9
1.4 Резонанстық және резонанстық емес үдеткіштер ... ... ... ... ... ... ... ... ..10
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...18
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..19
І.Негізгі бөлім
1.1 Зарядталған бөлшектердің электромагниттік өрісте қозғалысы ... ... ... 4
1.2 Қозғалыстағы зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістері
әсерімен бұрылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6
1.3 Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Циклотрон ... ... ... ... ... ... ... ... .9
1.4 Резонанстық және резонанстық емес үдеткіштер ... ... ... ... ... ... ... ... ..10
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...18
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..19
Үдеткіштер - электр және магнит өрісінің көмегімен жоғары энергиялы зарядталған бөлшектер (электрондар, протондар, ядролар мен иондар) ағындарын түзетуге арналған қондырғылар. Үдеткіштердің басты көрсеткіштері: бөлшектердің энергиясы мен шоқтың қарқыны, яғни бірлік уақыт ішінде ұшып шығатын бөлшектер саны. Шоқтың қарқының ол түзетін токтың күшімен жиі сипаттайды. Тоқ күші, әрине, уақыт бірлігінде ұшып шығатын бөлшектердің саны мен олардың зарядының көбейтіндісіне тең.
Үдетілген бөлшектер ағынын түзетудің ең қарапайым әдісі-олардың электр өрісін өткізу. Электр өрісінде потенциалдар айырмасы V, бір-бірінен d қашықтықта орналасқан екі электродтан тұрады. Әйтпесе, бөлшектердің ауаның молекулаларымен соқтығысуынан оларды үдету мүмкін емес болады. Үдетілген бөлшектердің электр өрісіне кіруі мен шығуын қамтамасыз ету үшін электродтар тор немесе сақина түрінде жасалады. Ыдыстағы вакуумды сорғыш қамтамасыз етеді.
Үдететін электр өрісінің сипатына қарай, үдеткіштер резонанстық емес және резонанстық болып жіктеледі.
Резонанстық емес үдеткіштерде электр өрісінің бағыты үдету кезінде өзгермейді. Резонанстық үдеткіштерде айнымалы электр өрісі қолданылып, бөлшектер қозғалысы өрістің өзгеруімен резонанста болып, онымен бірге қозғалады.
Үдетілген бөлшектер ағынын түзетудің ең қарапайым әдісі-олардың электр өрісін өткізу. Электр өрісінде потенциалдар айырмасы V, бір-бірінен d қашықтықта орналасқан екі электродтан тұрады. Әйтпесе, бөлшектердің ауаның молекулаларымен соқтығысуынан оларды үдету мүмкін емес болады. Үдетілген бөлшектердің электр өрісіне кіруі мен шығуын қамтамасыз ету үшін электродтар тор немесе сақина түрінде жасалады. Ыдыстағы вакуумды сорғыш қамтамасыз етеді.
Үдететін электр өрісінің сипатына қарай, үдеткіштер резонанстық емес және резонанстық болып жіктеледі.
Резонанстық емес үдеткіштерде электр өрісінің бағыты үдету кезінде өзгермейді. Резонанстық үдеткіштерде айнымалы электр өрісі қолданылып, бөлшектер қозғалысы өрістің өзгеруімен резонанста болып, онымен бірге қозғалады.
1. Савельев И.В.: Жалпы физика курсы, II том. Электр. «Наука» физика-математика әдебиетінің бас редакциясы, М., 1970 ж.
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
І.Негізгі бөлім
1.1 Зарядталған бөлшектердің электромагниттік өрісте қозғалысы ... ... ... 4
1.2 Қозғалыстағы зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістері
әсерімен бұрылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...6
1.3 Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Циклотрон ... ... ... ... ... ... .. ... ...9
1.4 Резонанстық және резонанстық емес үдеткіштер ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 0
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 8
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..19
Кіріспе
Үдеткіштер - электр және магнит өрісінің көмегімен жоғары энергиялы зарядталған бөлшектер (электрондар, протондар, ядролар мен иондар) ағындарын түзетуге арналған қондырғылар. Үдеткіштердің басты көрсеткіштері: бөлшектердің энергиясы мен шоқтың қарқыны, яғни бірлік уақыт ішінде ұшып шығатын бөлшектер саны. Шоқтың қарқының ол түзетін токтың күшімен жиі сипаттайды. Тоқ күші, әрине, уақыт бірлігінде ұшып шығатын бөлшектердің саны мен олардың зарядының көбейтіндісіне тең.
Үдетілген бөлшектер ағынын түзетудің ең қарапайым әдісі-олардың электр өрісін өткізу. Электр өрісінде потенциалдар айырмасы V, бір-бірінен d қашықтықта орналасқан екі электродтан тұрады. Әйтпесе, бөлшектердің ауаның молекулаларымен соқтығысуынан оларды үдету мүмкін емес болады. Үдетілген бөлшектердің электр өрісіне кіруі мен шығуын қамтамасыз ету үшін электродтар тор немесе сақина түрінде жасалады. Ыдыстағы вакуумды сорғыш қамтамасыз етеді.
Үдететін электр өрісінің сипатына қарай, үдеткіштер резонанстық емес және резонанстық болып жіктеледі.
Резонанстық емес үдеткіштерде электр өрісінің бағыты үдету кезінде өзгермейді. Резонанстық үдеткіштерде айнымалы электр өрісі қолданылып, бөлшектер қозғалысы өрістің өзгеруімен резонанста болып, онымен бірге қозғалады.
1.1 Зарядталған бөлшектердің электромагниттік өрісте қозғалысы
Біртекті магнит өрісіне В векторына перпендикуляр болатын v жылдамдықпен е' заряды ұшып келді делік. Лоренц күшінің әсерімен заряд шамасы жағынан тұрақты болып келген қалыпты үдеуге ие болады:
wn =fm = е'm vB (1.1)
(v мен В арасындағы бұрыш тік болады).
Егер жылдамдық тек бағыты бойынша өзгеретін болса, шамасы жағынан тұрақты болып келетін қалыпты үдеумен қозғалған қозғалыс радиуысы wn = v2R шартымен анықталатын шеңбер бойындағы бір қалыпты қозғалыс болады. Бұған wn - ға (1) мәнін қойып , ал осыдан шыққан теңдеуді R- ге қатысты шығарып , мынаны табамыз:
R= mе' vB (1.2)
Сонымен, v векторы В векторына перпендикуляр болған жағдайда зарядталған бөлшек радиусы бөлшектің жылдамдығына, өрістің магнит индукциясына және е' бөлшегі зарядының оның m массасына қатынасына тәуелді (шеңбер бойымен қозғалады). е'm қатынасы меншікті заряд деп аталады.
Бөлшектің бір айналымына кететін Т уақытын табайық. Бұл үшін шеңбердің 2PIR ұзындығын бөлшектің v жылдамдығына бөлеміз. Осының нәтижесінде мынаны шығарып аламыз:
Т=2PI mе' 1В (1.3)
Бөлшектің шеңбер бойымен айналу периоды оның жылдамдығына тәуелді болмайды екен, ол период тек бөлшектің меншікті заряды мен өрістің магнит индукциясы бойынша ғана анықталады. 1-суретте меншікті зарядтары бірдей, бірақ v1 және v2 жылдамдықтары әр түрлі болатын екі бөлшектің біртекті магнит өрісінде қозғалатын траекториясы көрсетілген. Егер бөлшектер бір мезгілде О нүктесінен шықса, онда олар бірдей уақыт ішінде толық айналым жасап, тағы да О нүктесінде кездеседі.
1-сурет
Зарядталған бөлшектің жылдамдығы біртекті магнит өрісінің бағытымен, PI 2 - ден өзгеше, α бұрышын жасаған жағдайындағы осы бөлшектің қозғалу сипатын анықтайық. v векторын v⟘-В векторына перпендикуляр және v‖ - В векторына параллель екі құраушыға жіктейік (2- сурет):
2-сурет
v⟘ = vsin α, v‖= vcos α
екендігін көру қиын емес.
Лоренц күші мынаған тең:
f = е' vB sin α = е'v⟘B
және ол В векторына перпендикуляр жазықтықта жатады. Осындай күшпен туатын үдеу v⟘ үшін қалыпты үдеу болады. Лоренц күшінің В векторы бағытындағы құраушысы нольге тең; сондықтан бұл күш v‖ шамасына әсер ете алмайды. Сөйтіп, бөлшектің қозғалысын екі қозғалыстың : 1) В векторы бағытының бойымен тұрақты v‖= vcos α жылдамдығымен орын ауыстырудың және 2) В векторына перпендикуляр жазықтықта бір қалыпты айналудың қабаттасуы деп есептеуге болады.Бойымен айналыс өткен шеңбердің радиусы (2) формуласымен анықталады, мұнда v- нің орнына v⟘ = vsin α алынады. Қозғалыс траекториясы осі В векторы бағытымен дәл келетін (3-сурет) спираль болады.
3-сурет
Спиральдың l алымын v‖- ны айналу Т периоды анықталатын (1.3) формуласына көбейтіп табуға болады:
l= v‖T= 2PI mе' 1В vcos α . (1.4)
Спираль бұрылатын бағыт бөлшек зарядының таңбасына тәуелді болады. Егер заряд оң болса, онда спираль сағат тіліне қарсы бұрылады.Бойымен теріс зарядталған бөлшек қозғалатын спираль сағат тілінің бағытымен бұралады (біз спиральға В векторының бағытымен қарап тұрмыз деп ұйғарылады, сонда бөлшек егер ∝PI 2 болса, бізден әрі қарай және егер ∝PI 2 болса, бізге қарай зымырайды).
1.2 Қозғалыстағы зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістері әсерімен бұрылуы
Бірдей зарядталған бөлшектердің (мысалы, электрондардың) жіңішке шоғын қарастырайық, бұл шоқ өзіне перпендикуляр болатын экрандағы О нүктесіне түседі (4-сурет).
4-сурет
Бөлшек шоғына перпендикуляр болатын біртекті электр өрісінің ұзындығы l1 жолда әсер етуінен туатын осы бөлшек ізінің ығысуын анықтайық. Бөлшектің бастапқы жылдамдығы υ0-ге тең болсын. Өріс аймағына енісімен әрбір бөлшек шамасы мен υ0 векторына перпендикуляр бағыты жағынан тұрақты w⟘=e'mE ( e'm - бөлшектің меншікті заряды) үдеумен қозғалады. Қозғалыс өріс әсерінен t=l1υ0 уақытқа созылады. Осы уақыт ішінде бөлшек мынадай:
y1=12ω⏊t2=12e'mEl12υ02 (2.1)
қашықтыққа ығысады да, υ0 векторына перпендикуляр болатын құраушы жылдамдыққа ие болады:
υ⏊=ω⏊t=e'mEl1υ0
Бұдан былай бөлшек υ0 векторымен α бұрышын жасайтын бағытта түзу сызық бойымен ұшады, ал α бұрышы мына шарттан анықталады:
tgα=υ⏊υ0=e'mEl1υ02. (2.2)
Осының нәтижесінде бөлшек шоғы (1) ығысуына қосымша мынадай ығысуға ие болады:
y2=l2tgα=e'mEl1l2υ02,
мұндағы l2 - өрістің шекарасында экранға дейінгі қашықтық.
Сөйтіп, бөлшек шоғы ізінің О нүктесіне қатысты ығысуы мынаған тең:
y=y1+y2=e'mEl1υ0212l1+l2. (2.3)
осыдан өрісті тастап шыққан бөлшек (2.2) формуласымен анықталатын α бұрышымен өріс жасайтын конденсатор центрінен шыққандай болып ұшады деген қорытынды шығады.
Енді ұзындығы l1 бөлшек жолына олардың υ0 жылдамдығына перпендикуляр болатын біртекті магнит өрісі қосылады деп ұйғарайық (5-сурет; өріс сурет жазықтығына перпендикуляр, ал өріс аймағы пунктир шеңберімен қоршалған).
5-сурет
Өріс әсерінен әрбір бөлшек шамасы жағынан тұрақты ω⏊=e'mυ0B үдеуін алады. Бөлшек шоғының өріс әсерінен бұрылуы шамалы жағдаймен шектеліп, ω⏊ үдеуі де бағыты бойынша тұрақты және υ0 векторына перпендикуляр деп санауға болады. Сонда бөлшектің ығысуын есептеп шығару үшін біздің бұрын тапқан формулаларымызды пайдалануға болады, бірақ олардағы ω⏊=e'mE үдеуін ω⏊=e'mυ0B мәнімен алмастыру керек. Осының нәтижесінде бөлшектің ығысуы үшін, енді біз оны x әрпімен белгілейміз, мынаны шығарып аламыз:
x=e'mBl1υ012l1+l2. (2.4)
Бөлшек шоғының магнит өрісі әсерінен бұрылатын бұрышы мына өрнекпен анықталады:
tgβ=e'mBl1υ0. (2.5)
(5) өрнекті ескере отырып, (4) формуланы мынадай етіп жазуға болады:
x=tgβ12l1+l2.
Демек, бөлшектер шамалы бұрылғанда магнит өрісін тастап шығып, шамасы (2.5) өрнегімен анықталатын β бұрышымен осы өріс центрінен шыққандай болып ұшады.
Бөлшектің электр өрісі әсерінен (2.3) бұрылуы да, магнит өрісі әсерінен (2.4) бұрылуы да бөлшектің меншікті зарядына және тиісті өрістің кернеулігіне (немесе индукциясына) пропорционал екендігін ескертейік. Бөлшектің екі бұрылуы да υ0-ге тәуелді болады. е'т және υ0 шамалары бірдей бөлшектер өрістің әрқайсысынан бірдей бұрылады, демек, олар экранның бір нүктесіне түседі.
Электрондар шоғының электр немесе магнит өрісінің әсерімен бұрылуы электон-сәулелік трубкада пайдаланылады. Электрлік бұрылу пайда болатын трубканың ішіне (6-сурет) шапшаң электрондардың жіңішке шоғын (электрондық сәуле) жасайтын электрондық пожектор деп аталатыннан басқа, өз ара перпендикуляр екі қос плпастина орналастырылады.
6-сурет
Пластинаның кез келген қосағына кернеу беріп, оған попорционал болатын (алынған пластинаға перпендикуляр бағыттағы) электрондық сәуленің ығысуын туғызуға болады. Трубканың экранын флуоресценциялаушы (сәулелендіретін) қоспамен қаптайды. Сондықтан электрондық сәуленің экранға түскен жерінде айқын жарқырайтын дақ пайда болады.
Электрон-сәулелік трубка осциллографтарда, тез өтетін процестерді бақылауға әрі суретке түсіруге мүмкіндік беретін приборларда қолданылады. Бұрылатын пластинаның бір қосағына, уақытқа байланысты сызықтық жолмен өзгеретін кернеу, ал екіншісіне зерттелетін кернеу беріледі. Электрондық сәуле инерциялығының тым аз болуынан оның бұрылу ауытқытатын пластиналар кернеуінің өзгеруі соңынан кешікпей еріп отырады, сонымен қатар электрондық сәуле осциллограф экранында зерттелетін кернеудің уақытқа тәуелділігінің графигін сызады. Көптеген электрлік емес шамалар өздеріне сәйкес келетін құрығының (датчиктің) көмегіменэлектрлік кернеуге (немесе токқа) түрленуі мүмкін. Сондықтан осциллографтар көмегімен табиғаты түрлі-түрлі болатын процестерді зерттейді.
Электрон-сәулелік трубка телевизиялық құрылғының ажырамастай бөлігі болып табылады. Телевидениеде көбінесе электрондық сәулені магнитпен басқаратын трубкалар қолданылады. Осындай трубкаларда сәулені бұрылтатын пластиналардың орнына сыртқы орналастырылған, өз ара перпендикуляр екі катушка жүйесі болады, олардың әрқайсысы электрондық сәулеге перпендикуляр болатын магнит өрісін тудырады. Катушкадағы токты өзгерте отырып, экрандағы электрондық сәуледен пайда болатын жарық дақтың орнын ауыстырамыз.
1.3 Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Циклотрон
Зарядталған бөлшектердің біртекті магнит өрісінде айналу периодының оның жылдамдығына тәуелсіздігі [(1.3) формуланы қараңыздар] циклотрон деп аталатын зарядталған бөлшектер үдеткішінің негізі болды. Бұл прибор аласа жарты дөңгелек қорап түрінде жасалған екі электродтан тұрады. (7-сурет).
7-сурет
Мұндай электродтар дуанттар деген атқа ие болған. Ауасы сорып алынған корпусқа алынған дуанттар үлкен электромагнит полюстарының аралығына орналастырылады. Электромагнит туғызатын өріс біртекті, әрі дуанттар жазықтығына перпендикуляр. Дуанттарға жоғары жиілікті генератор полюстарынан алынатын айнымалы кернеу беріледі.
Кернеу ең үлкен шамасына жеткен мезетте дуанттар арасындағы саңылауға оң зарядталған бөлшек енгізейік. Сонда бөлшекті электр өрісі ілестіре отырып теріс электродтың ішіне қарай тартып әкетеді. Дуанттың ішіндегі кеңістік эквипотенциал кеңістік болады, демек, ондағы бөлшек тек магнит өрісінің әсерінде ғана болады. Бұл жағдайда зарядталған бөлшек радиусы бөлшек жылдамдығына пропорционал болатын шеңбер бойымен қозғалады [(1.2) формуланы қараңыздар]. Дуанттар арасындағы кернеудің өзгеру жиілігін былай таңдап аламыз: бөлшек шеңбердің жартысынан өтіп, дуанттар арасындағы саңылауға келген кезде олардың арасындағы потенциалдар айырмасы таңбасын өзгертіп, амплитудалық мәніне жететіндей мезетті таңдап аламыз. Сонда бөлшек тағы да үдетіледі де, екінші дуантқа оның бірінші дуантта қозғалғандағысынан гөрі екі есе көп энергиямен ұшып кіреді. Үлкен жылдамдыққа ие болған бөлшек екінші дуантта радиусы үлкенірек (R~υ) шеңбер бойымен қозғалатын болады, бірақ бөлшектің шеңбер жартысынан өтетін уақыты бұрынғыдай болып қалады (ол уақыт 𝜐 жылдамдығына тәуелді емес). Сондықтан дуанттар арасындағы саңылауға бөлшек ұшып енген мезетте олардың арасындағы кернеу тағы да таңбасын өзгертеді де, ең үлкен шамасына жетеді.
Сөйтіп, егер кернеудің өзгеру жиілігін бөлшектің (1.3) формуласымен анықталатын айналу периодына теңгерсек, онда бөлшек спиральға жақын келетін қисық бойымен қозғалады да, дуанттар арасындағы саңылау арқылы өткен сайын e'U (e'- бөлшек заряды, U-генератор өндіретін кернеу) мәніне тең қосымша энергия үлесін алады. Шамасы азғантай айнымалы кернеу көзіне (~105В) сүйене отырып циклотрон көмегімен протонды 25 МэВ ретті энергияға дейін үдетуге болады. Өте жоғары энергия кезінде протон массасының жылдамдыққа тәуелділігі біліне бастайды, яғни бөлшектің айналу периоды артады [(1.3) формуласы бойынша ол m массасына пропорционал] және бөлшектің қозғалысы мен үдеткіш өрістің өзгеруі арасындағы синхронизм бұзылады.
Синхронизмнің бұзылуынан құтылу үшін әрі бөлшек үлкен энергия алу үшін, не дуанттар қоректенетін кернеу жиілігін не магнит өрісінің индукциясын өзгертетін ету керек. Бөлшектің әрбір порциясын (үлесін) үдету процесінде соған сәйкес келетін үдеткіш кернеудің жиілігін кемітетін прибор фазотрон (немесе синхроциклоирон) деп аталады. Үдеткіш кернеу жиілігі өзгермейтін, ал магнит өрісінің индукциясы mВ қатынасы тұрақты қалатындай болып өзгеретін үдеткішті синхротрон деп атайды (бұл типтегі үдеткіштер тек электрондарды үдету үшін қолданылады).
Синхрофазотрон деп аталатын үдеткіште үдеткіш кернеудің жиілігі де және магнит өрісі де өзгереді. Үдетілетін бөлшектер синхрофазотрондарда спираль бойымен емес, радиусы тұрақты болатын дөңгелек траекториясының бойымен қозғалады. Бөлшектің жылдамдығы мен массасы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
І.Негізгі бөлім
1.1 Зарядталған бөлшектердің электромагниттік өрісте қозғалысы ... ... ... 4
1.2 Қозғалыстағы зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістері
әсерімен бұрылуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...6
1.3 Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Циклотрон ... ... ... ... ... ... .. ... ...9
1.4 Резонанстық және резонанстық емес үдеткіштер ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 0
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 8
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..19
Кіріспе
Үдеткіштер - электр және магнит өрісінің көмегімен жоғары энергиялы зарядталған бөлшектер (электрондар, протондар, ядролар мен иондар) ағындарын түзетуге арналған қондырғылар. Үдеткіштердің басты көрсеткіштері: бөлшектердің энергиясы мен шоқтың қарқыны, яғни бірлік уақыт ішінде ұшып шығатын бөлшектер саны. Шоқтың қарқының ол түзетін токтың күшімен жиі сипаттайды. Тоқ күші, әрине, уақыт бірлігінде ұшып шығатын бөлшектердің саны мен олардың зарядының көбейтіндісіне тең.
Үдетілген бөлшектер ағынын түзетудің ең қарапайым әдісі-олардың электр өрісін өткізу. Электр өрісінде потенциалдар айырмасы V, бір-бірінен d қашықтықта орналасқан екі электродтан тұрады. Әйтпесе, бөлшектердің ауаның молекулаларымен соқтығысуынан оларды үдету мүмкін емес болады. Үдетілген бөлшектердің электр өрісіне кіруі мен шығуын қамтамасыз ету үшін электродтар тор немесе сақина түрінде жасалады. Ыдыстағы вакуумды сорғыш қамтамасыз етеді.
Үдететін электр өрісінің сипатына қарай, үдеткіштер резонанстық емес және резонанстық болып жіктеледі.
Резонанстық емес үдеткіштерде электр өрісінің бағыты үдету кезінде өзгермейді. Резонанстық үдеткіштерде айнымалы электр өрісі қолданылып, бөлшектер қозғалысы өрістің өзгеруімен резонанста болып, онымен бірге қозғалады.
1.1 Зарядталған бөлшектердің электромагниттік өрісте қозғалысы
Біртекті магнит өрісіне В векторына перпендикуляр болатын v жылдамдықпен е' заряды ұшып келді делік. Лоренц күшінің әсерімен заряд шамасы жағынан тұрақты болып келген қалыпты үдеуге ие болады:
wn =fm = е'm vB (1.1)
(v мен В арасындағы бұрыш тік болады).
Егер жылдамдық тек бағыты бойынша өзгеретін болса, шамасы жағынан тұрақты болып келетін қалыпты үдеумен қозғалған қозғалыс радиуысы wn = v2R шартымен анықталатын шеңбер бойындағы бір қалыпты қозғалыс болады. Бұған wn - ға (1) мәнін қойып , ал осыдан шыққан теңдеуді R- ге қатысты шығарып , мынаны табамыз:
R= mе' vB (1.2)
Сонымен, v векторы В векторына перпендикуляр болған жағдайда зарядталған бөлшек радиусы бөлшектің жылдамдығына, өрістің магнит индукциясына және е' бөлшегі зарядының оның m массасына қатынасына тәуелді (шеңбер бойымен қозғалады). е'm қатынасы меншікті заряд деп аталады.
Бөлшектің бір айналымына кететін Т уақытын табайық. Бұл үшін шеңбердің 2PIR ұзындығын бөлшектің v жылдамдығына бөлеміз. Осының нәтижесінде мынаны шығарып аламыз:
Т=2PI mе' 1В (1.3)
Бөлшектің шеңбер бойымен айналу периоды оның жылдамдығына тәуелді болмайды екен, ол период тек бөлшектің меншікті заряды мен өрістің магнит индукциясы бойынша ғана анықталады. 1-суретте меншікті зарядтары бірдей, бірақ v1 және v2 жылдамдықтары әр түрлі болатын екі бөлшектің біртекті магнит өрісінде қозғалатын траекториясы көрсетілген. Егер бөлшектер бір мезгілде О нүктесінен шықса, онда олар бірдей уақыт ішінде толық айналым жасап, тағы да О нүктесінде кездеседі.
1-сурет
Зарядталған бөлшектің жылдамдығы біртекті магнит өрісінің бағытымен, PI 2 - ден өзгеше, α бұрышын жасаған жағдайындағы осы бөлшектің қозғалу сипатын анықтайық. v векторын v⟘-В векторына перпендикуляр және v‖ - В векторына параллель екі құраушыға жіктейік (2- сурет):
2-сурет
v⟘ = vsin α, v‖= vcos α
екендігін көру қиын емес.
Лоренц күші мынаған тең:
f = е' vB sin α = е'v⟘B
және ол В векторына перпендикуляр жазықтықта жатады. Осындай күшпен туатын үдеу v⟘ үшін қалыпты үдеу болады. Лоренц күшінің В векторы бағытындағы құраушысы нольге тең; сондықтан бұл күш v‖ шамасына әсер ете алмайды. Сөйтіп, бөлшектің қозғалысын екі қозғалыстың : 1) В векторы бағытының бойымен тұрақты v‖= vcos α жылдамдығымен орын ауыстырудың және 2) В векторына перпендикуляр жазықтықта бір қалыпты айналудың қабаттасуы деп есептеуге болады.Бойымен айналыс өткен шеңбердің радиусы (2) формуласымен анықталады, мұнда v- нің орнына v⟘ = vsin α алынады. Қозғалыс траекториясы осі В векторы бағытымен дәл келетін (3-сурет) спираль болады.
3-сурет
Спиральдың l алымын v‖- ны айналу Т периоды анықталатын (1.3) формуласына көбейтіп табуға болады:
l= v‖T= 2PI mе' 1В vcos α . (1.4)
Спираль бұрылатын бағыт бөлшек зарядының таңбасына тәуелді болады. Егер заряд оң болса, онда спираль сағат тіліне қарсы бұрылады.Бойымен теріс зарядталған бөлшек қозғалатын спираль сағат тілінің бағытымен бұралады (біз спиральға В векторының бағытымен қарап тұрмыз деп ұйғарылады, сонда бөлшек егер ∝PI 2 болса, бізден әрі қарай және егер ∝PI 2 болса, бізге қарай зымырайды).
1.2 Қозғалыстағы зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістері әсерімен бұрылуы
Бірдей зарядталған бөлшектердің (мысалы, электрондардың) жіңішке шоғын қарастырайық, бұл шоқ өзіне перпендикуляр болатын экрандағы О нүктесіне түседі (4-сурет).
4-сурет
Бөлшек шоғына перпендикуляр болатын біртекті электр өрісінің ұзындығы l1 жолда әсер етуінен туатын осы бөлшек ізінің ығысуын анықтайық. Бөлшектің бастапқы жылдамдығы υ0-ге тең болсын. Өріс аймағына енісімен әрбір бөлшек шамасы мен υ0 векторына перпендикуляр бағыты жағынан тұрақты w⟘=e'mE ( e'm - бөлшектің меншікті заряды) үдеумен қозғалады. Қозғалыс өріс әсерінен t=l1υ0 уақытқа созылады. Осы уақыт ішінде бөлшек мынадай:
y1=12ω⏊t2=12e'mEl12υ02 (2.1)
қашықтыққа ығысады да, υ0 векторына перпендикуляр болатын құраушы жылдамдыққа ие болады:
υ⏊=ω⏊t=e'mEl1υ0
Бұдан былай бөлшек υ0 векторымен α бұрышын жасайтын бағытта түзу сызық бойымен ұшады, ал α бұрышы мына шарттан анықталады:
tgα=υ⏊υ0=e'mEl1υ02. (2.2)
Осының нәтижесінде бөлшек шоғы (1) ығысуына қосымша мынадай ығысуға ие болады:
y2=l2tgα=e'mEl1l2υ02,
мұндағы l2 - өрістің шекарасында экранға дейінгі қашықтық.
Сөйтіп, бөлшек шоғы ізінің О нүктесіне қатысты ығысуы мынаған тең:
y=y1+y2=e'mEl1υ0212l1+l2. (2.3)
осыдан өрісті тастап шыққан бөлшек (2.2) формуласымен анықталатын α бұрышымен өріс жасайтын конденсатор центрінен шыққандай болып ұшады деген қорытынды шығады.
Енді ұзындығы l1 бөлшек жолына олардың υ0 жылдамдығына перпендикуляр болатын біртекті магнит өрісі қосылады деп ұйғарайық (5-сурет; өріс сурет жазықтығына перпендикуляр, ал өріс аймағы пунктир шеңберімен қоршалған).
5-сурет
Өріс әсерінен әрбір бөлшек шамасы жағынан тұрақты ω⏊=e'mυ0B үдеуін алады. Бөлшек шоғының өріс әсерінен бұрылуы шамалы жағдаймен шектеліп, ω⏊ үдеуі де бағыты бойынша тұрақты және υ0 векторына перпендикуляр деп санауға болады. Сонда бөлшектің ығысуын есептеп шығару үшін біздің бұрын тапқан формулаларымызды пайдалануға болады, бірақ олардағы ω⏊=e'mE үдеуін ω⏊=e'mυ0B мәнімен алмастыру керек. Осының нәтижесінде бөлшектің ығысуы үшін, енді біз оны x әрпімен белгілейміз, мынаны шығарып аламыз:
x=e'mBl1υ012l1+l2. (2.4)
Бөлшек шоғының магнит өрісі әсерінен бұрылатын бұрышы мына өрнекпен анықталады:
tgβ=e'mBl1υ0. (2.5)
(5) өрнекті ескере отырып, (4) формуланы мынадай етіп жазуға болады:
x=tgβ12l1+l2.
Демек, бөлшектер шамалы бұрылғанда магнит өрісін тастап шығып, шамасы (2.5) өрнегімен анықталатын β бұрышымен осы өріс центрінен шыққандай болып ұшады.
Бөлшектің электр өрісі әсерінен (2.3) бұрылуы да, магнит өрісі әсерінен (2.4) бұрылуы да бөлшектің меншікті зарядына және тиісті өрістің кернеулігіне (немесе индукциясына) пропорционал екендігін ескертейік. Бөлшектің екі бұрылуы да υ0-ге тәуелді болады. е'т және υ0 шамалары бірдей бөлшектер өрістің әрқайсысынан бірдей бұрылады, демек, олар экранның бір нүктесіне түседі.
Электрондар шоғының электр немесе магнит өрісінің әсерімен бұрылуы электон-сәулелік трубкада пайдаланылады. Электрлік бұрылу пайда болатын трубканың ішіне (6-сурет) шапшаң электрондардың жіңішке шоғын (электрондық сәуле) жасайтын электрондық пожектор деп аталатыннан басқа, өз ара перпендикуляр екі қос плпастина орналастырылады.
6-сурет
Пластинаның кез келген қосағына кернеу беріп, оған попорционал болатын (алынған пластинаға перпендикуляр бағыттағы) электрондық сәуленің ығысуын туғызуға болады. Трубканың экранын флуоресценциялаушы (сәулелендіретін) қоспамен қаптайды. Сондықтан электрондық сәуленің экранға түскен жерінде айқын жарқырайтын дақ пайда болады.
Электрон-сәулелік трубка осциллографтарда, тез өтетін процестерді бақылауға әрі суретке түсіруге мүмкіндік беретін приборларда қолданылады. Бұрылатын пластинаның бір қосағына, уақытқа байланысты сызықтық жолмен өзгеретін кернеу, ал екіншісіне зерттелетін кернеу беріледі. Электрондық сәуле инерциялығының тым аз болуынан оның бұрылу ауытқытатын пластиналар кернеуінің өзгеруі соңынан кешікпей еріп отырады, сонымен қатар электрондық сәуле осциллограф экранында зерттелетін кернеудің уақытқа тәуелділігінің графигін сызады. Көптеген электрлік емес шамалар өздеріне сәйкес келетін құрығының (датчиктің) көмегіменэлектрлік кернеуге (немесе токқа) түрленуі мүмкін. Сондықтан осциллографтар көмегімен табиғаты түрлі-түрлі болатын процестерді зерттейді.
Электрон-сәулелік трубка телевизиялық құрылғының ажырамастай бөлігі болып табылады. Телевидениеде көбінесе электрондық сәулені магнитпен басқаратын трубкалар қолданылады. Осындай трубкаларда сәулені бұрылтатын пластиналардың орнына сыртқы орналастырылған, өз ара перпендикуляр екі катушка жүйесі болады, олардың әрқайсысы электрондық сәулеге перпендикуляр болатын магнит өрісін тудырады. Катушкадағы токты өзгерте отырып, экрандағы электрондық сәуледен пайда болатын жарық дақтың орнын ауыстырамыз.
1.3 Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері. Циклотрон
Зарядталған бөлшектердің біртекті магнит өрісінде айналу периодының оның жылдамдығына тәуелсіздігі [(1.3) формуланы қараңыздар] циклотрон деп аталатын зарядталған бөлшектер үдеткішінің негізі болды. Бұл прибор аласа жарты дөңгелек қорап түрінде жасалған екі электродтан тұрады. (7-сурет).
7-сурет
Мұндай электродтар дуанттар деген атқа ие болған. Ауасы сорып алынған корпусқа алынған дуанттар үлкен электромагнит полюстарының аралығына орналастырылады. Электромагнит туғызатын өріс біртекті, әрі дуанттар жазықтығына перпендикуляр. Дуанттарға жоғары жиілікті генератор полюстарынан алынатын айнымалы кернеу беріледі.
Кернеу ең үлкен шамасына жеткен мезетте дуанттар арасындағы саңылауға оң зарядталған бөлшек енгізейік. Сонда бөлшекті электр өрісі ілестіре отырып теріс электродтың ішіне қарай тартып әкетеді. Дуанттың ішіндегі кеңістік эквипотенциал кеңістік болады, демек, ондағы бөлшек тек магнит өрісінің әсерінде ғана болады. Бұл жағдайда зарядталған бөлшек радиусы бөлшек жылдамдығына пропорционал болатын шеңбер бойымен қозғалады [(1.2) формуланы қараңыздар]. Дуанттар арасындағы кернеудің өзгеру жиілігін былай таңдап аламыз: бөлшек шеңбердің жартысынан өтіп, дуанттар арасындағы саңылауға келген кезде олардың арасындағы потенциалдар айырмасы таңбасын өзгертіп, амплитудалық мәніне жететіндей мезетті таңдап аламыз. Сонда бөлшек тағы да үдетіледі де, екінші дуантқа оның бірінші дуантта қозғалғандағысынан гөрі екі есе көп энергиямен ұшып кіреді. Үлкен жылдамдыққа ие болған бөлшек екінші дуантта радиусы үлкенірек (R~υ) шеңбер бойымен қозғалатын болады, бірақ бөлшектің шеңбер жартысынан өтетін уақыты бұрынғыдай болып қалады (ол уақыт 𝜐 жылдамдығына тәуелді емес). Сондықтан дуанттар арасындағы саңылауға бөлшек ұшып енген мезетте олардың арасындағы кернеу тағы да таңбасын өзгертеді де, ең үлкен шамасына жетеді.
Сөйтіп, егер кернеудің өзгеру жиілігін бөлшектің (1.3) формуласымен анықталатын айналу периодына теңгерсек, онда бөлшек спиральға жақын келетін қисық бойымен қозғалады да, дуанттар арасындағы саңылау арқылы өткен сайын e'U (e'- бөлшек заряды, U-генератор өндіретін кернеу) мәніне тең қосымша энергия үлесін алады. Шамасы азғантай айнымалы кернеу көзіне (~105В) сүйене отырып циклотрон көмегімен протонды 25 МэВ ретті энергияға дейін үдетуге болады. Өте жоғары энергия кезінде протон массасының жылдамдыққа тәуелділігі біліне бастайды, яғни бөлшектің айналу периоды артады [(1.3) формуласы бойынша ол m массасына пропорционал] және бөлшектің қозғалысы мен үдеткіш өрістің өзгеруі арасындағы синхронизм бұзылады.
Синхронизмнің бұзылуынан құтылу үшін әрі бөлшек үлкен энергия алу үшін, не дуанттар қоректенетін кернеу жиілігін не магнит өрісінің индукциясын өзгертетін ету керек. Бөлшектің әрбір порциясын (үлесін) үдету процесінде соған сәйкес келетін үдеткіш кернеудің жиілігін кемітетін прибор фазотрон (немесе синхроциклоирон) деп аталады. Үдеткіш кернеу жиілігі өзгермейтін, ал магнит өрісінің индукциясы mВ қатынасы тұрақты қалатындай болып өзгеретін үдеткішті синхротрон деп атайды (бұл типтегі үдеткіштер тек электрондарды үдету үшін қолданылады).
Синхрофазотрон деп аталатын үдеткіште үдеткіш кернеудің жиілігі де және магнит өрісі де өзгереді. Үдетілетін бөлшектер синхрофазотрондарда спираль бойымен емес, радиусы тұрақты болатын дөңгелек траекториясының бойымен қозғалады. Бөлшектің жылдамдығы мен массасы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz