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🄉院官网、对外公开资料。
……
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🄀🝩🍴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:qB🛉v=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+D🎹🕿M)=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……”