Сила Лоренца, це фізика

Рух заряджених частинок у вакуумній камері циклотрона

Між полюсами сильного електромагніта поміщається вакуумна камера, в якій знаходяться два електроди у вигляді порожніх металевих полуцилиндров (дуантов). До дуантов прикладена змінна електрична напруга, частота якого дорівнює циклотронної частоті. Заряджені частинки инжектируются в центрі вакуумної камери. Частинки прискорюються електричним полем в проміжку між дуантами. Усередині дуантов частинки рухаються під дією сили Лоренца по півкола, радіус яких зростає в міру збільшення енергії частинок. Кожен раз, коли частка пролітає через зазор між дуантами, вона прискорюється електричним полем. Таким чином, в циклотроні, як і у всіх інших прискорювачах, зарядженачастка прискорюється електричним полем, а утримується на траєкторії магнітним полем. Циклотрони дозволяють прискорювати протони до енергії близько 20 МеВ.

Однорідні магнітні поля використовуються в багатьох приладах і, зокрема, в мас-спектрометрах - пристроях, за допомогою яких можна вимірювати маси заряджених частинок - іонів або ядер різних атомів. Мас-спектрометри використовуються для розділення ізотопів, тобто ядер атомів з однаковим зарядом, але різними масами (наприклад, 20 Ne і 22 Ne). Найпростіший мас-спектрометр показаний на рис. 1.18.4. Іони, що вилітають з джерела S. проходять через кілька невеликих отворів, які формують вузький пучок. Потім вони потрапляють в селектор швидкостей. в якому частинки рухаються в схрещених однорідних електричному та магнітному полях. Електричне поле створюється між пластинами плоского конденсатора, магнітне поле - в зазорі між полюсами електромагніту. Початкова швидкість заряджених частинок спрямована перпендикулярно векторах і

На частку, що рухається в схрещених електричному і магнітному полях, діють електрична сила і магнітна сила Лоренца. За умови E = υB ці сили точно врівноважують один одного. Якщо ця умова виконується, частка буде рухатися рівномірно і прямолінійно і, пролетівши через конденсатор, пройде через отвір в екрані. При заданих значеннях електричного і магнітного полів селектор виділить частки, що рухаються зі швидкістю υ = E / B.

Далі частинки з одним і тим же значенням швидкості потрапляють в камеру мас-спектрометра, в якій створено однорідне магнітне поле. Частинки рухаються в камері в площині, перпендикулярній магнітному полю, під дією сили Лоренца. Траєкторії часток є окружності радіусів R = m υ / qB '. Вимірюючи радіуси траєкторій при відомих значеннях υ і B 'можна визначити відношення q / m. У разі ізотопів (q1 = q2) мас-спектрометр дозволяє розділити частки з різними масами.

Сучасні мас-спектрометри дозволяють вимірювати маси заряджених частинок з точністю вище 10 -4.