Question

核聚變反應(yīng)需要幾百萬(wàn)度以上的高溫，為把高溫條件下高速運(yùn)動(dòng)的離子約束在小范圍內(nèi)（否則不可能發(fā)生核反應(yīng)），通常采用磁約束的方法（托卡馬克裝置）。如圖所示，環(huán)狀勻強(qiáng)磁場(chǎng)圍成中空區(qū)域，中空區(qū)域中的帶電粒子只要速度不是很大，都不會(huì)穿出磁場(chǎng)的外邊緣而被約束在該區(qū)域內(nèi)。設(shè)環(huán)狀磁場(chǎng)的內(nèi)半徑為R₁=0.5m，外半徑R₂=1.0m，磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=1.0T，若被束縛帶電粒子的荷質(zhì)比為q/m=4×10⁷C/㎏，中空區(qū)域內(nèi)帶電粒子具有各個(gè)方向的速度。

求：（1）粒子沿環(huán)狀的半徑方向射入磁場(chǎng)，不能穿越磁場(chǎng)的最大速度。

（2）所有粒子不能穿越磁場(chǎng)的最大速度。

 

Answer 1

【答案】

 

【解析】（1）要粒子沿環(huán)狀的半徑方向射入磁場(chǎng)，不能穿越磁場(chǎng)，則粒子的臨界軌跡必須要與外圓相切，軌跡如圖18所示

由圖中知

解得

得

所以粒子沿環(huán)狀的半徑方向射入磁場(chǎng)，不能穿越磁場(chǎng)的最大速度為

（2）當(dāng)粒子以V2的速度沿與內(nèi)圓相切方向射入磁場(chǎng)且軌道與外圓相切時(shí)，則以V1速度沿各方向射入磁場(chǎng)區(qū)的粒子都不能穿出磁場(chǎng)邊界，如圖19所示

由圖中知

由

得

所以所有粒子不能穿越磁場(chǎng)的最大速度

思路分析：本題需要從題目所給條件中分析主要內(nèi)容，結(jié)合問(wèn)題作答．核聚變是核能利用的一種形式，已經(jīng)廣泛地被利用到核電站的建設(shè)當(dāng)中

試題點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生對(duì)題目條件和核聚變內(nèi)容的理解情況，難度較大