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。
……
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🄋🟌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🄋🟌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=M🛼⚃v2/R→qB🙰🍾R=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🄋🟌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D⚊🏬🝋M/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……”