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=Mv🛊🚰🗀2/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)=qB2(R+DR)2/2U。
由此可得出DM/M=2DR🛊🚰🗀/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。