Ускорители
Ускорителите са устройства, които ускоряват заредени частици до много високи енергии, за да се изучава строежът на веществото. Електричното поле увеличава енергията на частиците, а магнитното поле ги кара да завиват и ги държи по кръговата траектория. В линейния ускорител частиците се движат по права, в циклотрона по спирала, а в синхротрона по пръстен с постоянен радиус. Най-големият ускорител, Големият адронен ускорител в ЦЕРН край Женева, има обиколка около 27 km; с него през 2012 г. е открит Хигсовият бозон.
Какво да запомним
- Електричното поле ускорява, магнитното поле насочва (завива) частиците.
- Видове: линеен ускорител, циклотрон, синхротрон.
- В синхротрона B се увеличава с нарастване на енергията, за да остане радиусът същият.
- Големият адронен ускорител (ЦЕРН): около 27 km, сблъсква снопове протони.
- 2012 г.: откриване на Хигсовия бозон в ЦЕРН.
Пример
В циклотрона частицата се ускорява при всяко преминаване между двата полукръгли електрода, затова радиусът ѝ расте и тя се движи по спирала навън.
Проверете се: 15 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
За какво служат ускорителите на частици?
- Ускоряват заредени частици до много високи енергии
- Забавят неутроните в реактора
- Усилват светлината
- Преобразуват променлив ток в постоянен
Отговор: Ускоряват заредени частици
С тях се изследва строежът на материята и се получават нови частици.
Кое поле ускорява частиците в ускорителя и кое ги кара да завиват?
- Магнитното ускорява, електричното ги завива
- Електричното ускорява, магнитното ги завива
- Само магнитното прави и двете
- Гравитационното ускорява, магнитното ги завива
Отговор: Електричното ускорява, магнитното завива
Магнитната сила не върши работа, затова енергията се дава от електричното поле.
Къде се намира Големият адронен ускорител?
- Във Фермилаб, край Чикаго
- В Дубна, Русия
- В Токио, Япония
- В ЦЕРН, край Женева
Отговор: В ЦЕРН, на границата между Швейцария и Франция
Той е в подземен тунел под двете държави.
Как се движат частиците в циклотрона?
- По права линия в дълга тръба
- По окръжност с постоянен радиус
- По синусоида между плочите
- По разгъваща се спирала между два дуанта в магнитно поле
Отговор: По спирала
При всяко преминаване между дуантите се ускоряват и радиусът нараства.
Коя частица е открита в ЦЕРН през 2012 г.?
- Позитронът
- Неутронът
- Топ кваркът
- Хигсовият бозон
Отговор: Хигсовият бозон
Откритието е обявено на 4 юли 2012 г. от експериментите ATLAS и CMS.
Какво е линеен ускорител?
- Ускорител, в който частиците се движат по права линия
- Ускорител с кръгова траектория
- Ускорител само за неутрални частици
- Уред за измерване на скорост
Отговор: Ускорител, в който частиците се движат по права линия
В линейния ускорител частиците минават последователно през ускоряващи участъци по права тръба.
Каква е приблизително обиколката на Големия адронен ускорител?
- около 2,7 km
- около 27 km
- около 270 km
- около 27 m
Отговор: около 27 km
Тунелът на ускорителя в ЦЕРН е дълъг около 27 km и е на около 100 m под земята.
Кои частици се сблъскват най-често в Големия адронен ускорител?
- Електрони и позитрони
- Неутрони
- Протони (а понякога тежки йони)
- Неутрино
Отговор: Протони (а понякога тежки йони)
Ускорителят сблъсква насрещни снопове протони, а в някои периоди и ядра на олово.
Защо в синхротрона индукцията на магнитното поле се увеличава по време на ускоряването?
- За да остане радиусът на орбитата постоянен при нарастващия импулс
- За да се намали скоростта на частиците
- За да се охладят магнитите
- За да се смени знакът на заряда
Отговор: За да остане радиусът на орбитата постоянен при нарастващия импулс
r = mv/(qB): при нарастване на импулса B трябва да расте, за да остават частиците в същия пръстен.
Каква е честотата на обикаляне на протон в циклотрон с поле 1 T? (m = 1,67·10−27 kg)
- ≈ 15 kHz
- ≈ 150 Hz
- ≈ 1,5 GHz
- ≈ 15 MHz
Отговор: ≈ 15 MHz
f = qB/(2πm) = 1,6·10−19 / (2π · 1,67·10−27) ≈ 1,5·107 Hz.
Кои частици НЕ могат да се ускорят директно в ускорител с електрично поле?
- Протоните
- Електроните
- Неутроните
- Йоните
Отговор: Неутроните
Електричното поле действа само на заредени частици, а неутронът е незареден.
В кой ускорител частиците се движат по пръстен с постоянен радиус?
- Линеен ускорител
- Циклотрон
- Рентгенова тръба
- Синхротрон
Отговор: Синхротрон
В синхротрона полето се увеличава с енергията, така че радиусът на орбитата остава същият.
Каква енергия придобива протон, ускорен от покой с напрежение 1 MV?
- 1 MeV
- 1 eV
- 1 keV
- 2 MeV
Отговор: 1 MeV
Енергията е q·U = e·106 V = 1 MeV.
За какво се използват ускорителите в медицината?
- Измерване на кръвно
- Лъчетерапия на тумори
- Ултразвукова диагностика
- Измерване на температура
Отговор: Лъчетерапия на тумори
Медицинските линейни ускорители дават сноп електрони или рентгенови лъчи за унищожаване на туморни клетки.
Защо в Големия адронен ускорител се сблъскват два насрещни снопа, а не сноп и неподвижна мишена?
- За да не се отблъскват
- За да не завиват
- За по-голяма енергия на удара
- За да спрат по-бързо
Отговор: За по-голяма енергия на удара
При челен удар импулсите се компенсират и почти цялата енергия отива за раждане на нови частици.