A-level 物理 (进阶物理)/粒子加速器
现代实验粒子物理学需要将粒子加速到非常高的能量。这可以通过将粒子多次穿过电场来实现，类似于电子枪。粒子加速器类型包括线性加速器和回旋加速器。
在线性加速器中，粒子穿过一系列管子。每个管子的两端都有电极。使用交流电。这意味着当粒子穿过它们被吸引的电极时，电极会切换电荷，并开始排斥粒子。随着你沿着加速器前进，电极之间的距离会增加，因为随着粒子加速，它们在电流的每次振荡中都会走得更远。
回旋加速器类似于线性加速器，不同之处在于，它不是使用许多不同的电极，而是反复使用相同的两个电极。粒子由于磁场的作用而以圆周运动。这个圆的半径取决于粒子的速度。粒子的轨道被两个半圆柱形电极包围。使用交流电来加速粒子。当粒子进入回旋加速器的其中一半时，它们会被拉回到另一半。当它们到达另一半时，电流会反转，它们会被拉回到第一半。在此期间，磁场使它们保持圆周运动。当它们从电场获得能量时，它们的轨道半径会增加，速度也会增加，直到半径与回旋加速器的大小一样大。
1. 使用向心力公式，证明运动半径取决于运动物体的速度。
2. 一个直径为1.5米的回旋加速器用于加速电子（质量为 9.11 x 10−31kg）。施加在电子上的最大力为 2.4 x 10−18N。电子的最大速度是多少？
3. 建造大型回旋加速器会遇到哪些问题？
4. 为什么粒子在穿过电极时不会粘在电极上？