那么作为探针的α粒子是怎么来的?当时卢瑟福使用的α源是放射性镭元素,镭可以自然的释放出α粒子,速度大约为2.5×10⁷米/秒,约为光速的1/10,那么当时卢瑟福就使用这种速度的α粒子,就了解了原子的内部结构。
但是随着科学的发展,人们想要了解原子内部的粒子结构,甚至是想知道这些粒子它本身内部的结构,那要怎么办?
很简单,现在有一辆汽车,你想要知道这个汽车内部的组成成分,只需要把它拆开看一下就行了,但是亚原子粒子很小,这么细的活我们干不了,所以有一个简单粗暴的办法就是把它撞碎。跟砸核桃一样,想看到里面的东西,就要把它敲开就可以了。
但是由放射性原子释放出来的粒子,它的速度不行,撞不开原子核,更不可能把组成原子核的粒子撞碎,所以人们就想有没有什么办法能给带电粒子提提速?所以粒子加速器就出现了。
那如何给带电粒子提速呢?这很简单,因为它带电,所以我们只需要给他提供一个电场就可以了,那电场又怎么来?也很简单,现在你把两个平行的金属板接到一个正负极上,也就是给施加一个电压,那么在金属板之间就会创造一个均匀的电场。
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现在我们把一个带电粒子放到电场中,带电粒子就会受到电场力的作用产生一个加速度,那电场力的大小就等于带电粒子的电荷乘以电场强度,电场强度可以有电压除以两个金属板之间的距离得出,所以我们就可以很简单的算出一个带电粒子在电场中的加速情况。
我们知道力除了大小还有方向,因为我们规定电场的方向,或者说是电场线的方向是从正电荷向外然后到负电荷,所以带正电粒子在电场中的受力方向就跟电场方向是一样的,那带负电的肯定就和电场方向相反了。
现在我们知道了如何给带电粒子提速,那接下来的问题是具体要怎样操作?你看,要想让粒子在加速器中获得最大的能量,就需要让他多次经过电场给他提速,这样的话它获得加速的时间就长一些,所以它的速度就会更快。
那如果我们现在把粒子加速器设计成一条直线的话,可以肯定的是粒子获得加速的机会就会非常有限,这样的设计肯定不合理。
那有没有这样一种可能,我们把粒子的轨迹限制在一个环形的跑道上,这样它就能多次地经过环形轨道上的电场,获得更多加速的机会。