提前说明:本章涉及到的相关知识,大部分来自于♋中国工程物理研究院官网、对外公开资料。
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李察阅读,目光在书页上移动。
“铀235提纯🟖🝈🉈的第一种方法,是电磁分离法,利用🕽🏉质谱仪的原理进行同位素分离。🆧👻🍿
其中质谱仪是实验室用来分析带电粒子质量的一种仪器,能够让质量不同而带电量相同的粒子,进入磁🆁场发生偏转的半径不同,从而分离。
详细解释的话,那就是粒子以📠速度v进入磁场(假设朝上),带正电荷粒子运动所产生的磁场磁力线沿运动方向的左边朝上、右边朝下。因而运动带电粒子左边的磁场被加强,右边的磁场被减弱🏟🛓,形成一个磁场梯度,产生一个从左向右推的磁压力。
这🜨🄯🁅个力与速度☐方向垂直,虽然不能改变运动带电粒子速度值的大小,但是却能改变粒子运☃☔动的方向,形成一个向心力。
又因为磁场是均匀的,对运动带电粒子产生的磁压力处处相等,所以使运动的带🟧🟦电粒子在磁场中作匀速圆周运动。
按照电磁🝜🌁学公式,可知🗻,磁场的作用力等于qBv,向心加速度🞛🔷等于v2/R。
所以,🗔🛑🛪能导出:qBv=Mv2/R→qBR📚🛗=Mv。
公式中,q为粒子电👂🆀量,v为粒子运动速度,M为粒子质量,B为磁感应强度,R为粒🃴子作圆周运动的偏转半径。
又因为粒子电量🟖🝈🉈q、磁感应强度B都是确定的,由此运动粒子的动量与偏转半径成正比🃴。
带相同电荷q而质量不同的离子,通过相同的加速电压U,获得的电势能是相等的,且等于进入磁场时的动能为:qU=(1/2)Mv2🗼♙🈴。
前🜨🄯🁅面已知粒子的动量Mv=qBR,两式♶🌺🄍消去v,即得M=qB2R2/2U。
对于质量等于(M+DM)的粒子,(M+DM)=qB🈁2(R+DR)2/2U。
由此可得出DM/M=2D🅇🄞R/🃂🔽R,即质量🝩🍱的相对偏差,是半径相对偏差的2倍。
由于入射粒子的质量不同,它们经过相☊♘同电压加速后获得的🚏💘💊能量相等👅🆟🐳,但动量不同。进入磁场后,动量大的弯曲半径大,动量小的弯曲半径小。
如果同一种🜮动量的离子进🟅入🅇🄞磁场的角度存在偏斜,导致它们共同聚焦在D的范围。那么D的范围与入射角的关系,经过计算可得到如下公式:DR/R≈0.5q2。
当q小于50时,R的相对误差是4/1000,可能引起的质量偏👅🆟🐳差为8/1000。而铀235与🆁铀238的相对质量差等于13/1000,从而让🏍😴🅨质谱分离法的用于实际……”
李察读完,挑了挑眉毛。
这显然是一种很浅显易懂的方法,原理就是:质量不同而带电量相同的粒子,🐫经过相同电☃☔压加速后动量🆁不同,从而导致进入磁场发生偏转的半径不同。
举个例子的话,这就像是轨道上行驶的火车,在一个弯道处,速度适👅🆟🐳宜的火车能够正常通过。而速度过快的火车,则因为受力不平衡,会带着车厢直接冲出轨道,导致出轨。