FundInt / Лекции профессора Б.С. Ишханова 2009 / pdf / l_01
.pdf
Сечениереакции
Сечение вероятность перехода системы взаимодействующих частиц в определенное конечное состояние.
Дифференциальное эффективное сечение |
dσ(θ,ϕ) |
— |
|
dΩ |
|||
|
|
сечение рассеяния под определенными углами θ , ϕ.
В случае резерфордовского рассеяния дифференциальное сечение имеет вид
dσ(θ) |
|
Z1Z2e |
2 2 |
|
1 |
|
|||
= |
|
|
× |
|
|
||||
dΩ |
4E |
|
|
|
|
θ |
|||
|
|
|
|
|
4 |
||||
|
|
|
|
|
|
sin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Полное эффективное сечение σ — дифференциальное
сечение |
dσ(θ,ϕ) |
, проинтегрированное по всем углам. |
dΩ |
σ = ∫dσd(θΩ,ϕ) sinθdθdϕ
Единица измерения полного сечение σ — барн.
1 барн = 10–24 см Для более полного описания процесса используют
дважды дифференциальное сечение |
d 2σ(θ,ϕ, E) |
. В этом |
|
dΩdE |
|||
|
|
случае регистрируется энергия частицы, вылетевшей под определенным углом.
Сечениереакции σ
ичислособытий N
Сечение реакции характеризует вероятность процесса. В эксперименте обычно измеряется
число частиц определенного типа |
dN (θ,ϕ) |
, |
|
dΩ |
|||
|
|
вылетевших из мишени в единицу времени под углами θ , ϕ в элемент телесного угла dΩ.
dN(θ,ϕ) |
= j s n l |
dσ(θ,ϕ) |
|
dΩ |
dΩ |
||
|
N= j n l s σ
•N – число событий в секунду.
•j – поток частиц а через 1 см2 поверхности
мишени.
•n – число частиц b в 1 см3 мишени.
•s – площадь мишени в см2
•σ – сечение реакции
N |
|
|
|
j |
|
|
|
n |
|
|
l s |
|
|
|
σ |
|||
события |
|
|
|
число частиц а |
|
|
|
число частиц b |
|
|
см |
|
|
см2 |
|
|
|
см2 |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
сек |
сек× см2 |
|
|
|
см3 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пример
α-частица с кинетической энергией T = 5 МэВ
налетает на неподвижное ядро 19779Au. Определить дифференциальное сечение рассеяния α-частицы на углы Θ = 10°, 90°, 175°.
|
dσ |
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
Z1Z2e |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
dΩ |
|
|
|
θ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
4E |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(sin |
|
|
) |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
dσ (Θ = |
100 ) |
|
|
|
2 ×79 ×(4,8 10 |
−10 |
) |
|
||||||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
|
× |
||||||||||||||
|
d Ω |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
×5 106 ×1, 6 10−12 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
× |
|
|
|
1 |
|
≈ 2.3 10 |
4 |
б / ср. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
( |
0.087 )4 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
dσ(Θ = 900 ) ≈ 5.4 б/ ср. dΩ
dσ(Θ =1750 ) ≈1.2 б/ ср. dΩ
Открытие протона
1919 - Протон
Э. Резерфорд
(1871-1937)
1911 - Атомное ядро
α+19779 Au →α+19779 Au
1919 - Протон
α + 147 N → p + 178 O
Открытие протона
В 1919 г., продолжая эксперименты по рассеянию α-частиц на различных мишенях, Э. Резерфорд обнаружил, что при бомбардировке ядер азота 14N α-частицами из него вылетают положительно заряженные частицы. Величина заряда этих частиц по абсолютной величине была равна величине заряда электрона, но противоположна по знаку.
Масса частицы была почти в 2000 раз больше массы электрона. Повторение опыта на других мишенях показало, что положительно заряженные частицы вылетают и из других атомных ядер.
Обнаруженная частица была названа протоном. Ядерная реакция, в которой впервые были обнаружены протоны, записывается в виде:
α + 147 N → p + 178 O
Э. Резерфорду удалось осуществить то, что в течение многих веков пытались сделать алхимики
— превратить одно вещество в другое. Ядро азота превращалось в ядро кислорода. Это была первая ядерная реакция, осуществленная искусственно в лабораторных условиях.
Стало ясно, что протоны являются элементарными частицами, входящими в состав атомного ядра.
Открытиенейтрона
1932 - Нейтрон
α + 49Be → n + 126 C
James Chadwick
(1891-1974)
Нобелевская премия по физике
1935 г. – Дж.Чедвик За открытие нейтрона
Нейтрон
В1930–1932 гг. продолжая начатые Резерфордом эксперименты, В. Боте и Г. Беккер при облучении тонких фольг из бериллия α-частицами обнаружили сильно проникающее излучение, состоящее из нейтральных частиц. Первоначально выдвинутая гипотеза о том, что это фотоны высоких энергий, не выдержала проверки. Лишь в 1932 г. Д. Чедвик показал, что это новая, до сих пор неизвестная нейтральная частица с массой, приблизительно равной массе протона. Обнаруженная частица была названа нейтроном. Сразу после открытия нейтрона Д. Иваненко и В. Гейзенберг независимо друг от друга выдвинули гипотезу, что атомное ядро состоит из нейтронов и протонов.
Вобычных условиях отклонения от протон-нейтронной модели, обусловленные внутренней динамикой атомного ядра, невелики.
Радиоактивность
1896 - А. Беккерель явление радиоактивности
1898 – Пьер Кюри и Мария Кюри-Склодовская
радиоактивность изотопов Радия Ra и Полония Po
1899 - Э. Резерфорд радиоактивный изотоп урана испускает положительно (α) и отрицательно (β-) заряженные частицы
1919 - П. Виллард радиоактивный изотоп
урана испускает γ-кванты
Радиоактивность — ядерное явление. Альфа-частицы и бета-частицы (электроны, позитроны) испускаются при самопроизвольном распаде ядер. Гамма-лучи возникают при перераспределении электрического заряда внутри ядра.
Исследованиерадиоактивности
1898 г.
Пьер и Мария Кюри решили измерить радиацию урана. Была создана установка, которая позволяла измерять ионизацию воздушного пространства между двумя электродами под действием излучения урана. Они обнаружили, что некоторые образцы урана создают очень высокую концентрацию излучения. В результате переработки нескольких тонн солей урана был выделен элемент, радиоактивность которого в 400 раз превосходила радиоактивность урана. Этот элемент по своим химическим свойствам напоминал теллур и поэтому должен был располагаться в периодической таблице под ним. Это был 84 элемент, названный полонием.
В результате дальнейших исследований супруги Кюри обнаружили еще один более радиоактивный чем полоний элемент, который по своим свойствам напоминал барий. Поэтому он был размещен в периодической таблице под ним и имел порядковый номер 88. Из-за интенсивного радиоактивного излучения этому элементу было присвоено имя радий (от латинского слова “излучающий”).
1911 г.
М. Кюри-Склодовская получила Нобелевскую премию по химии за открытие радия и полония, изучение свойств радия, получение радия в металлическом состоянии и осуществление экспериментов, связанных с радием.
1898 Открытиерадиоактивности элементов полония Po (Z=84) ирадия Ra (Z=88)
Marie and Pierre Curie
Нобелевская премия по физике
1903 г. - П. Кюри и М. Кюри-Склодовская За исследования радиоактивности