A-level 物理 (進階物理)/粒子加速器
現代實驗粒子物理學需要將粒子加速到非常高的能量。這可以透過將粒子多次穿過電場來實現，類似於電子槍。粒子加速器型別包括線性加速器和迴旋加速器。
線上性加速器中，粒子穿過一系列管子。每個管子的兩端都有電極。使用交流電。這意味著當粒子穿過它們被吸引的電極時，電極會切換電荷，並開始排斥粒子。隨著你沿著加速器前進，電極之間的距離會增加，因為隨著粒子加速，它們在電流的每次振盪中都會走得更遠。
迴旋加速器類似於線性加速器，不同之處在於，它不是使用許多不同的電極，而是反覆使用相同的兩個電極。粒子由於磁場的作用而以圓周運動。這個圓的半徑取決於粒子的速度。粒子的軌道被兩個半圓柱形電極包圍。使用交流電來加速粒子。當粒子進入迴旋加速器的其中一半時，它們會被拉回到另一半。當它們到達另一半時，電流會反轉，它們會被拉回到第一半。在此期間，磁場使它們保持圓周運動。當它們從電場獲得能量時，它們的軌道半徑會增加，速度也會增加，直到半徑與迴旋加速器的大小一樣大。
1. 使用向心力公式，證明運動半徑取決於運動物體的速度。
2. 一個直徑為1.5米的迴旋加速器用於加速電子（質量為 9.11 x 10−31kg）。施加在電子上的最大力為 2.4 x 10−18N。電子的最大速度是多少？
3. 建造大型迴旋加速器會遇到哪些問題？
4. 為什麼粒子在穿過電極時不會粘在電極上？