使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出,离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等。质量为
m ,速度为
v 的离子在回旋加速器内旋转,旋转轨道时半径为
r 的圆,圆心在
O 点,轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度为
B 。为引出离子束,使用磁屏蔽通道法设计引出器。引出器原理如图所示,一堆圆弧形金属板组成弧形引出通道,通道的圆心位于
O` 点(
O` 点图中未画出)。引出离子时,令引出通道内磁场的磁感应强度降低,从而使离子从P点进入通道,沿通道中心线从
Q 点射出。已知
OQ 长度为
L 。
OQ 与
OP 的夹角为
θ ,
(1)求离子的电荷量 q 并判断其正负;
(2)离子从 P 点进入, Q 点射出,通道内匀强磁场的磁感应强度应降为 B` ,求 B` ;
(3)换用静电偏转法引出离子束,维持通道内的原有磁感应强度 B 不变,在内外金属板间加直流电压,两板间产生径向电场,忽略边缘效应。为使离子仍从 P 点进入, Q 点射出,求通道内引出轨迹处电场强度 E 的方向和大小。