13.質(zhì)譜儀是以離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器為核心的電子儀器。離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過多的能量會進(jìn)一步碎裂成較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進(jìn)入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是將同時進(jìn)入其中的不同質(zhì)量的離子,按質(zhì)荷比
的大小分離的裝置。質(zhì)譜儀的部分原理圖可簡化為如圖甲所示,離子源(在狹縫上方,圖中未畫出)產(chǎn)生的帶電離子經(jīng)狹縫之間的電場加速后,勻速并垂直射入偏轉(zhuǎn)磁場區(qū)域,加速電場的電壓隨時間變化如圖乙所示。離子進(jìn)入勻強磁場區(qū)域后,在洛倫茲力的作用下打到照相底片上并被接收,形成一細(xì)條紋。若從離子源產(chǎn)生的離子初速度為零、電荷量為+q(q>0)、質(zhì)量為m,加速電壓為U
0時,離子恰好打在P點,PN為放置照相底片的離子檢測區(qū)域,M為PO的中點。已知PM=OM=L,MN=
(不計離子的重力以及離子在電場內(nèi)加速時電壓的變化與加速時間)。求:
(1)加速電壓為U
0時,離子經(jīng)加速電場加速后的速度v
1;
(2)偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度大小B;
(3)若要求所有的離子都能打在照相底片上,則離子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的時間范圍;
(4)若偏轉(zhuǎn)磁場區(qū)域為圓形,且與PQ相切于O點,如圖丙所示,其他條件不變,當(dāng)加速電壓為U
0時,要保證離子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場后不能打到PQ邊界上(PQ足夠長),求磁場區(qū)域的半徑R應(yīng)滿足的條件。