Энергия, импульс и масса в релятивистской динамике. Закон взаимосвязи массы и энергии для материальных тел

Содержание

Слайд 2

Ускоритель – установка для получения пучков заряженных частиц

Ускорители применяются:
В научных исследованиях (элементарные

Ускоритель – установка для получения пучков заряженных частиц Ускорители применяются: В научных
частицы, ядерная физика, физика твердого тела, получение не встречающихся в природе нуклидов)
В прикладных исследованиях (источники синхротронного излучения)
В медицине (радиационная диагностика и терапия, стерилизация аппаратуры), биологии
В промышленности (имплантация ионов, дефектоскопия, стерилизация пищевых продуктов, искусственная полимеризация лаков, модификация свойств материалов, напр. резины, радиационная обработка материалов, изготовление элементов микроэлектроники)

Слайд 3

Принципиальная схема циклотрона

1 – место поступления (протонов, ионов); 2 – траектория

Принципиальная схема циклотрона 1 – место поступления (протонов, ионов); 2 – траектория
ускоряемой частицы; 3 – ускоряющие электроды (дуанты); 4 – генератор переменного напряжения. Магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости рисунка.

Слайд 4

Ускорители различаются:

По назначению
По составу поставляемых частиц: легкие (электроны, позитроны), промежуточные (мезоны) и

Ускорители различаются: По назначению По составу поставляемых частиц: легкие (электроны, позитроны), промежуточные
тяжелые частицы (протоны), ионы самых разнообразных масс и зарядностей, античастицы (антипротоны)
По энергии частиц, от самых низких до нескольких ТэВ (1012 эВ, 1эВ=1.6·10-19 Дж)
По геометрии (кольцевые и линейные)
По интенсивности пучков

Слайд 5

Происхождение ускорителей

Первая задача – изучение строения атомного ядра
1932г., Кокрофт и Уолтон (Англия,

Происхождение ускорителей Первая задача – изучение строения атомного ядра 1932г., Кокрофт и
Кэвендишская лаборатория) - бомбардировка ядер лития протонами
первое в мире успешное искусственное превращение химических элементов (литий в гелий)
впервые была проверена формула Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии (кинетическая энергия образовавшихся ядер была больше кинетической энергии исходных ядер)
Нобелевская премия по физике за 1951г.

Слайд 6

Изохронный циклотрон У-150М в институте ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан

Изохронный циклотрон У-150М в институте ядерной физики Министерства энергетики Республики Казахстан

Слайд 7

Групповая работа

1 группа – циклотрон
2 группа – бетатрон
3 группа – синхротрон

Задание: объяснить

Групповая работа 1 группа – циклотрон 2 группа – бетатрон 3 группа
устройство и принцип работы, а также применение

Слайд 8

1 группа – циклотрон

1 группа – циклотрон

Слайд 9

Циклотрон (предложен Лоуренсом в 1932 г., Нобелевская премия 1939 г.)

Первая работающая модель

Циклотрон (предложен Лоуренсом в 1932 г., Нобелевская премия 1939 г.) Первая работающая
циклотрона

С. Ливингстоун и Э. Лоуренс у 27-дюймового циклотрона, который широко использовался в экспериментальных исследованиях ядерных реакций и искусственной радиоактивности

Слайд 10

Циклотрон

Принцип работы:
Для нерелятивистских частиц (v<

Циклотрон Принцип работы: Для нерелятивистских частиц (v ВЧ напряжение прикладывается к зазору
не зависит от скорости ω=eB/mc
ВЧ напряжение прикладывается к зазору между дуантами
С ростом энергии частицы увеличивается ее радиус обращения
Ограничение – при релятивистских скоростях теряется синхронизм с ВЧ системой ω=eB/mγc (γ=1/(1-v2/c2)1/2)
Максимальная энергия 20-25 МэВ
Применение: радиационная терапия, получение изотопов

Слайд 11

Просмотр видеоролика о циклотроне

https://www.youtube.com/watch?v=CXOY-CKbWbY

Просмотр видеоролика о циклотроне https://www.youtube.com/watch?v=CXOY-CKbWbY

Слайд 12

2 группа – бетатрон

2 группа – бетатрон

Слайд 13

Бетатрон

Д. Керст возле своих бетатронов, маленький - на 2.3 МэВ, большой - на

Бетатрон Д. Керст возле своих бетатронов, маленький - на 2.3 МэВ, большой - на 25 МэВ
25 МэВ

Слайд 14

Бетатрон

Теоретическая основа заложена Видероэ, впервые построен Керстом в 1940 г.).
Основные элементы:
Обмотки

Бетатрон Теоретическая основа заложена Видероэ, впервые построен Керстом в 1940 г.). Основные
переменного тока, генерирующего переменное магнитное поле
Железный сердечник для формирования потока магнитного поля через охватываемую пучком область
Условие постоянства орбиты
Условие устойчивости поперечных (бетатронных) колебаний - слабая радиальная вариация магнитного поля (достигается профилированием магнитного полюса)
Максимальная энергия 300 МэВ

Слайд 15

3 группа – синхротрон

3 группа – синхротрон

Слайд 16

Синхротрон

Принцип действия:
ведущее поле с радиальной фокусировкой растет по мере роста энергии частицы
условие

Синхротрон Принцип действия: ведущее поле с радиальной фокусировкой растет по мере роста
2:1 не нужно, вместо этого частота ВЧ подстраивается под частоту обращения
Принцип автофазировки (Векслер (1944) и Макмиллан (1945))
Ограничение слабой фокусировки – очень большие поперечные размеры пучка -> очень громоздкие магниты (синхрофазотрон в Дубне, 1956г., вес магнитов 6000 тонн)
Изобретение принципа сильной фокусировки, Кристофилос (1950, неопубликовано) и независимо Курант, Ливингстон и Снайдерс (1952)