<속도 선택기>
물리학 등에서 질량 분석에 사용되는 도구로써, 전하를 띠는 물체의 속도를 재는 도구. 직교하는, 일정한 전기장과 자기장을 통과할 때 특정한 속도를 가진 물체만 곧게 날아가는 성질을 이용한 것이다.
전기장 E가 걸려 있을 때 전하 q를 가지는 물체가 받는 힘 F은
이다. 한편, 자기장 B가 걸려있을 때, 전하 q를 가지는 물체가 v의 속도로 움직이면 역시 힘을 받는다.
힘을 받는 방향은 벡터곱 또는 오른손 법칙에 의해 주어진다.
그림에서와 같이 전기장과 자기장이 직교하여, 전기장과 자기장이 크기는 같고 방향만 반대로 되도록 작용하면
가 된다. 따라서 이 속도를 가진 입자만이 입자의 작용하는 합력이 0이 되고, 다른 속도를 가진 물체는 휘게 된다. 따라서 물체가 원하는 속도로 날아가는 것만을 골라낼 수 있다.
<가속기>
1. 사이클로트론
그림은 입자(양성자)들이 회전하는 사이클로트론의 모양을 위에서 본 것이다. 두 개의 진공으로 된 D자 모양의 장치(일직선을 이루는 양끝이 열려있다)가 구리판으로 만들어져있다. 이들 디(dee)는 전기 진동자라고 불리는 것으로, 두 디 사이의 틈새를 가로지르는 전기퍼텐셜차를 번갈아 바뀌도록 설계되어 있다. 디의 전기부호가 교대로 변하는 틈새에서 전기장은 처음에 한쪽 디로, 다음에는 다른 쪽 디로 향하게 방향이 변한다. 디들은 지면에서 나오는 큰 자기장 안에 들어 있다. 자기장의 크기 B는 전자석으로 조정할 수 있다.
양성자가 그림 28-13의 사이클로트론 중심에서 이온샘 S에 의해 주입되었다면 처음에 음으로 대전된 디 쪽으로 움직인다. 양성자는 디 쪽으로 들어가 가속될 것이다. 디의 내부는 구리판 벽에 의해서 전기장으로부터 차폐되어 있다. 즉, 전기장은 디에 들어가지 못한다. 그러나 자기장은 비장성체인 구리판 디에 의해서 차폐되지 안흥므로 양성자는 원형귀도를 돌게 된다. 속력에 비례하는 궤도반지름은
으로 주어진다.
양성자가 첫 번째 디로부터 틈새 중심으로 빠져나오는 즉시 디 사이의 전기퍼텐셜차는 반대로 된다. 그러므로 양성자는 음으로 대전된 디 쪽으로 향하고 다시 가속된다. 이 과정은 회전하는 양성자가 항상 디 전기퍼텐셜의 진동과 보조를 맞추어져 잇어서 디 시스템의 끝으로 나선형으로 나올 때까지 계속된다. 편향판은 양성자를 출구를 통하여 밖으로 보낸다.
2. 양성자 싱크로트론
일정 반경의 도넛이라 불리는 진공의 관속을 입자가 가속되면서 도는 환형의 원형가속기. 도넛을 따라 놓여진 전자석은 가속입자의 운동량에 따라 변화하며 항상 궤도를 일정하게 한다. 가속은 궤도상에 있는 전파 가속 공동(空洞)에 의해 되지만, 입자의 속도가 크게 됨에 따라 주기도 짧아지므로 전파가속공동 주파수도 변조된다. 이런 형태의 가속기는 전자석이 비교적 경량이며 고에너지 가속기로서 고에너지 물리실험 등에 사용되고 있다.