(20分)回旋加速器在核科學(xué)、核技術(shù)、核醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,有力地推動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
⑴當(dāng)今醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備PET/CT堪稱“現(xiàn)代醫(yī)學(xué)高科技之冠”,它在醫(yī)療診斷中,常利用能放射正電子的同位素碳11作示蹤原子。碳11是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氮14獲得,同時(shí)還產(chǎn)生另一粒子,試寫出核反應(yīng)方程。若碳11的半衰期
τ為20min,經(jīng)2.0h剩余碳11的質(zhì)量占原來的百分之幾?(結(jié)果取2位有效數(shù)字)
⑵回旋加速器的原理如圖,
D1和
D2是兩個(gè)中空的半徑為
R的半圓金屬盒,它們接在電壓一定、頻率為
f的交流電源上,位于
D1圓心處的質(zhì)子源
A能不斷產(chǎn)生質(zhì)子(初速度可以忽略,重力不計(jì)),它們在兩盒之間被電場加速,
D1、
D2置于與盒面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為
B的勻強(qiáng)磁場中。若質(zhì)子束從回旋加速器輸出時(shí)的平均功率為
P,求輸出時(shí)質(zhì)子束的等效電流
I與
P、
B、
R、
f的關(guān)系式(忽略質(zhì)子在電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,其最大速度遠(yuǎn)小于光速)。
⑶試推理說明:質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí),隨軌道半徑
r的增大,同一盒中相鄰軌道的半徑之差
Δr是增大、減小還是不變?