6、电磁学中的物理现象与MATLAB可视化

电磁学中的物理现象与MATLAB可视化

1. 非相对论回旋加速器

回旋加速器是一种利用射频(r.f.)电场与粒子束轨道同步的装置。同时,还有一个磁场将粒子束限制在圆形轨道上,随着粒子束能量的增加,轨道半径也会增大。对于非相对论运动,回旋加速器运行的关键在于旋转频率与粒子束能量无关,这样射频电场就能始终与粒子束同步。

射频电场施加在“D形盒”的间隙处,圆形真空室沿对角线被分割成两部分。用户可以选择每次穿越D形盒间隙时的能量增益,如果增益值较大,粒子束会从回旋加速器中射出。若粒子束未离开真空室,其最大旋转圈数固定为80圈。

相关公式如下:
- 回旋频率:(ω = \frac{q_eB}{m})
- 轨道半径:(r = \frac{mv}{q_eB} = \frac{v}{ω})
- 能量:(E = \frac{(q_eBr)^2}{2m})

当考虑相对论效应时,质量(m)会变为能量(E),回旋频率(ω)会减小,轨道半径(r)会因洛伦兹因子(\gamma)而增大。

% Look at Cyclotron Operation - NR only - p or ion
% work in dimensionless units as possible
% Cyclotron frequency w = qeB/m, r = m*v/qeB = v/w, E = (qeBr)^2/2m
% Relativistic Effects, m -> E, w Decreases and r Increases by gamma

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