有關傳統迴旋加速器（ classic cyclotron ）的敘述，下列選項那些正確？ ①可將質子加速到接近光速 ②D型盤內需真空 ③質子被注入加速器的中心，開始加速 ④質子在經過 D型盤的間隙時被加速

本題觀念：

本題考傳統迴旋加速器（classic cyclotron）的基本工作原理，包含加速機制、結構特性及其物理限制。需判斷四個陳述中哪些正確。

選項分析

逐一檢驗四個陳述：

①「可將質子加速到接近光速」 ❌ 錯誤。傳統迴旋加速器受到**相對論效應（relativistic effect）**的限制，無法將質子加速到接近光速。當質子動能超過約 15–25 MeV 時，其相對論性質量顯著增加（$m = \gamma m_0$），導致迴旋頻率（cyclotron frequency）$f = \frac{qB}{2\pi m}$ 隨能量增加而下降，粒子不再與固定頻率的交流電場同步，甚至遭到減速。傳統迴旋加速器質子最高能量約為 25 MeV，遠未達到接近光速所需的能量（GeV 等級）。

②「D型盤內需真空」 ✅ 正確。D 型盤（dee）是兩個半圓形中空電極，其內部必須維持高真空（high vacuum），以避免加速中的帶電粒子（質子）與空氣分子碰撞而損失能量或偏折。

③「質子被注入加速器的中心，開始加速」 ✅ 正確。質子（或其他帶電粒子）從加速器的中心注入，在兩個 D 型盤間隙處被交流電場加速，然後在 D 型盤內的均勻磁場作用下做半圓形運動，每次穿越間隙獲得動能，螺旋向外旋轉，最終在邊緣引出。

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