Teoria_2_yadernye_reaktsii

Семинар №2.

Неупругие столкновения. Теорема Кёнига. Ядерные реакции. Порог реакции.

На семинаре рассматриваются неупругие столкновения макроскопических тел и объектов в микромире на основании законов сохранения импульса и энергии.

В физике под столкновениями понимают процессы взаимодействия между телами (частицами) в широком смысле слова, а не только в буквальном – как соприкосновение тел. Сталкивающиеся тела на большом расстоянии свободны. Проходя друг мимо друга, тела взаимодействуют, причём могут происходить различные процессы: соединение в одно тело (абсолютно неупругий удар), возникновение новых тел и, наконец, может иметь место упругое столкновение, при котором тела после некоторого сближения вновь расходятся без изменения своего внутреннего состояния. Столкновения, сопровождающиеся изменением внутреннего состояния тел, как раз называются неупругими.

Происходящие в обычных условиях столкновения макроскопических тел почти всегда бывают в той или иной степени неупругими – уже хотя бы потому, что сопровождаются нагреванием тел, т.е. переходом части их кинетической энергии в тепло. Аналогично столкновение частиц в микромире. Там часть кинетической энергии может пойти на внутренние превращения в результате столкновения.

Чтобы разобраться с тем, какая же часть кинетической энергии переходит в другие формы энергии, нам потребуется освоить технику исследования неупругого столкновения тел или частиц в системе их центра масс (далее – СЦМ). Для этого нам понадобится теорема Кёнига.

Теорема Кёнига: кинетическая энергия совокупности материальных точек в ЛСО равна сумме кинетической энергии c всей массы системы, мысленно сосредоточенной в её центре масс и движущейся вместе с ним, и кинетической энергии отн той же совокупности материальных точек в её относительном движении в СЦМ, то есть

= c + отн.

Пусть системой материальных точек являются два тела или две частицы. Если эта система является замкнутой, то скорость центра масс системы не изменяется, и величина c остаётся неизменной. Следовательно, изменяться может только энергия отн относительного движения в СЦМ. В результате соударения она вся или частично может перейти в другие формы энергии. Анализ задачи в СЦМ упрощает её решение.

Рассмотрим технику решения задач на процессы в микромире. Рассмотрим процесс взаимодействия бомбардирующих частиц (ядер) с ядрами мишени. Выделяют три вида столкновений:

1.Упругое рассеяние, при котором ни состав, ни внутренняя энергия не изменяются, а происходит лишь перераспределение кинетической энергии в соответствии с законами сохранения импульса и энергии;

2.Неупругое рассеяние, при котором состав взаимодействующих ядер не меняется, но часть кинетической энергии бомбардирующего ядра расходуется на возбуждение ядра мишени;

3.Ядерная реакция, в результате которой меняются внутренние свойства и состав взаимодействующих ядер.

Особый интерес представляют ядерные реакции. Они бывают двух видов:

∙Экзотермические реакции (с выделением энергии ) – кинетическая энергия продуктов реакции больше кинетической энергии исходных частиц на величину ;

∙Эндотермические или пороговые реакции (с поглощением энергии ) – кинетическая энергия продуктов реакции меньше кинетической энергии исходных частиц на величину .

Разработка: М.А. Пенкин - преподаватель кафедры общей физики МФТИ.