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q⛠🛰Bv,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)=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……”