lineaire versneller

Pim stelde deze vraag op 28 april 2011 om 17:24.

In de Verenigde Staten staat een versneller waarmee elementaire deeltjes geproduceerd worden door elektronen en positonen op elkaar te laten botsen. Positonen zijn antideeltjes van elektronen. Dat wil zeggen dat ze dezelfde massa hebben en een even grote, maar tegengestelde lading.  

 In het elektronenkanon worden de elektronen versneld in een elektrisch veld. Ze verlaten dit veld met een snelheid van 2,4×107ms?1.

De positonen komen uit een positonenbron, eveneens met een snelheid van 2,4×107ms?1. Ze worden vervolgens opgeslagen in een opslagring. Hierin voeren ze een eenparige cirkelbeweging uit onder invloed van een homogeen magneetveld met een sterkte van 0,90×10?4T.

Onder andere door het magneetveld van de opslagring met een bepaalde frequentie aan en uit te schakelen, gaan kleine groepjes positonen de lineaire versnellen binnen. Door het elektronenkanon met dezelfde frequentie aan en uit te schakelen, komen ook de elektronen in groepjes de lineaire versnellen binnen.

 De lineaire versnellen bestaat uit een groot aantal elektroden in de vorm van holle cilinders. In figuur10 is de nummering van de eerste vier cilinders aangegeven.

 De cilinders met een even nummer zijn op het ene aansluitpunt van een spanningsbron aangesloten, die met een oneven nummer op het andere aansluitpunt.

A  Leg uit of deze spanningsbron een wisselspanningsbron of een gelijkspanningsbron moet zijn om een geladen deeltje een telkens groter wordende snelheid te geven.

 Op een bepaald moment bevindt zich tussen de cilinders 1 en2 een groepje elektronen.

B  Beredeneer of zich op dat moment tussen de cilinders 7 en8 een groepje elektronen of een groepje positonen bevindt.

 De elektronen en positonen komen vervolgens met een even grote snelheid de bundelsplitser binnen. Ze worden hier door een magneetveld van elkaar gescheiden. Daarna worden beide soorten deeltjes afzonderlijk door middel van magneetvelden naar een plaats binnen de deeltjesdetector geleid, waar ze kunnen botsen.

 C Beredeneer of de magneetvelden bij P enQ gelijk gericht zijn of juist tegengesteld zijn aan elkaar.

A) ik weet niet hoe ik het moet beredeneren

B) ik heb echt geen idee hoe ik deze vraag moet aanpakken

C) ??

Ik hoop dat u mij kan helpen, want ik kom er echt niet uit.

 

Reacties

Theo op 28 april 2011 om 18:20

De figuur is niet opgenomen dus het wordt wat moeilijk om punten P en Q te visualiseren. Wellicht was de verificatiecode fout ingevoerd. Deze vraagbaak reageert dan nogal dom en verwijderd meteen de bijlage. Dus die moet je dan nog maar even na-sturen. Wellicht wordt het synchrotron van het Fermi (national accelerator) lab bedoeld (http://nl.wikipedia.org/wiki/Synchrotron)

In het kort lijken die positronen (met -r-, net als bij de electronen) door hun lading en het uniforme magneetveld netjes in cirkels rond te draaien door de Lorentzkracht tot iemand het magneetveld even uitzet. Dan gaat het positron in rechte lijn verder (raaklijn aan de cirkel op moment dat het veld verdwijnt) met constante snelheid gelijk aan de baansnelheid die het in de cirkelbaan had. Deze schieten dan de lineaire versneller in (gaatje in de opslagring), anderen zullen doorcirkelen als in hun gebied van de opslagring het magneetveld nog blijft bestaan.

De electronen kunnen op makkelijker manier in deze "negatieve wereld" worden gemaakt in het electronenkanon.

Beiden komen in tegengestelde uiteinden de lineaire versneller binnen met als doel de e- en e+ recht op elkaar te laten botsen. Om negatieve deeltjes te versnellen moeten ze naar door positieve electroden worden aangetrokken, de positronen juist door negatief geladen.

Misschien dat een deel van de antwoorden nu voor het grijpen liggen?

Jan op 28 april 2011 om 18:33

Theo de Klerk, 28 apr 2011

De figuur is niet opgenomen dus het wordt wat moeilijk om punten P en Q te visualiseren.


https://www.nvon.nl/examen/examen-1997-1-vwo-natuurkunde

opgave 3

groet, Jan

Theo op 29 april 2011 om 03:46

Ah... dat examen (waaruit we eerder al vragen over de gekoppelde slinger hadden).

De antwoorden/correctievoorschrift is dan ook daar te vinden: https://www.nvon.nl/examen/examen-1997-1-vwo-natuurkunde :

A: spanningsbron: moet wisselstroom zijn. De deeltjes worden tussen electroden 1 en 2 aangetrokken door 2, maar bij passeren van 2 naar gebied tussen 2 en 3 moeten ze opnieuw worden aangetrokken door 3 (en niet door 2). Daarvoor moet de spanning op de electroden telkens wisselen

B: Als tussen 1 en 2 electronen worden aangetrokken dan is dat ook zo tussen 7 en 8. Immers alle oneven electroden (1 en 7) hebben dezelfde potentiaal. Ditto alle even (waaronder 2 en 8). Dus als 2 positief geladen is (electronen aantrekt) dan is 8 dit ook. Dan worden alleen electronen tussen 7 en 8 aangetrokken door 8.

C: De bundelsplitser scheidt e- van e+ door ze tegengestelde cirkelbanen te laten doorlopen. Dat kan alleen als de ladingen een Lorenz kracht ondervinden. Voor + en - ladingen is die bij een zelfde magneetveld tegengesteld. Dus door een en hetzelfde magneetveld worden beide deeltjes tegengesteld afgebogen.

 

Pim op 01 mei 2011 om 23:55

Bedankt voor de informatie!

ik wist niet dat ook de uitwerkingen van het examen van 1997 op het internet te vinden waren, ik dacht alleen tot en met 2000.

Ik heb de uitwerkingen van de site en uw uitleg een paar keer gelezen. Bij de uitwerkingen stond: De lorenzkrachten zijn tegengesteld gericht. Maar dat begrijp ik niet helemaal hoe je dat kan weten. En wat is eigenlijk het nut om e- en e+ op elkaar te laten botsen?

Jan op 02 mei 2011 om 08:44

Pim, 1 mei 2011

 Bij de uitwerkingen stond: De lorenzkrachten zijn tegengesteld gericht. Maar dat begrijp ik niet helemaal hoe je dat kan weten.

De richting van de lorentzkracht is afhankelijk van de richting van het magnetisch veld, en van de richting van de elektrische stroom.

De richting van de elektrische stroom is afgesproken als gaande van plus naar min. Gaan er dus positronen van links naar rechts, dan gaat de stroom van links naar rechts. Maar elektronen zijn negatief geladen. Bewegen er dus elektronen van links naar rechts dan loopt er een elektrische stroom van rechts naar links.

Dus, hoewel de positronen en elektronen dezelfde kant op de deeltjesscheider ingaan resulteert dat in twee tegengestelde stroomrichtingen, en dus ook in twee verschillende richtingen van lorentzkracht die die deeltjes ondervinden.

Duidelijk zo?

Wat betreft het nut van deeltjes op elkaar laten botsen: we zijn volop aan het onderzoeken waaruit materie eigenlijk is opgebouwd. Nou peuter je atomen niet met een pincetje uit elkaar. Simpel gezegd: we laten dus deeltjes met grote snelheid op elkaar knallen, en kijken dan naar de rondvliegende brokstukken om te zien uit wat voor kleinere deeltjes die deeltjes opgebouwd waren.

Groet, Jan

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft drie appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)