ядро-мишень ядро частица-снаряд частица Лабораторная система координат ЛСК Система центра инерции СЦИ

Транскрипт

1

2 Любой процесс столкновения элементарной частицы с ядром или ядра с ядром будем называть ядерной реакцией. Наряду с радиоактивным распадом ядерные реакции основной источник сведений об атомных ядрах. ядро-мишень частица-снаряд частица ядро Лабораторная система координат ЛСК Система центра инерции СЦИ

3 Обозначения ядерных реакций: Первая ядерная реакция осуществлена Э. Резерфордом в 1919 г.:

4 Каналы ядерной реакции неупругие каналы

5 Красным цветом отмечены универсальные законы сохранения

6

7 Законы сохранения момента количества движения и изоспина Рассмотрим реакцию а + А В + b

8 Закон сохранения чётности Вновь рассмотрим реакцию а + А В + b

9 Кинематика ядерных реакций (Т А + T B ) + (m A + m B )c 2 = (Т C + Т D + ) + (m C + m D + )c 2. Энергия реакции: и закон сохранения приобретает вид: При Q > 0 (выделение энергии) (Т C + Т D + ) = (Т А + T B ) + Q, т.е. суммарная кинетическая энергия продуктов экзотермической реакции возрастает.

10 Вывод в учебнике: Лекция 7, п.3 доля пороговой энергии, идущая на движение центра инерции

11 Ещё одна универсальная формула для пороговой энергии в ЛСК (учебник, Лекция 7, п.3): Упрощённая формула для пороговой энергии ядерной реакции в ЛСК:

12 Порог в системе центра инерции (СЦИ): После А До Коллайдер В С D Все продукты реакции покоятся Порог в лабораторной системе координат (ЛСК): После До А В С Ускоритель с неподвижной мишенью В D

13 Реакция в лабораторной системе координат Анимация

14

15 Реакция в системе центра инерции Анимация

16

17

18

19 Коллайдеры ускорители на встречных пучках Коллайдеры отвечают протеканию реакции в системе центра инерции (СЦИ). Привысокихэнергияхони обеспечивают колоссальное преимущество над обычными ускорителями с неподвижной мишенью, так как практически вся энергия ускоренных частиц в них может быть направлена на рождение новых частиц.

20

21 Такая энергия ускоренных частиц будет достижима лишь на Большом Адронном Коллайдере к 2014 г. Вто же время в историческом эксперименте 1983 г. в CERN, приведшему к открытию квантов слабого поля, использовался коллайдер протон-антипротон с энергиями частиц «всего» по 270 ГэВ. Нобелевская премия 1984 г. за открытие квантов слабого поля присуждена итальянцу Карло Руббиа (лидер команды физиков) и голландцу Симону Ван дер Мееру (конструктор коллайдера): Карло Руббиа Симон Ван дер Меер

22 Механизмы ядерных реакций a ядро 2R

23 Прямая реакция: Частица а передает энергиюодному-двум нуклонам ядра и они сразу покидают его, не обмениваясь энергией сдругиминуклонами. Составное ядро: Частица а запутывается в ядре, делясь энергией со многими нуклонами ядра. В ядре устанавливается статистическое равновесие и оно живёт долго до распада.

24 Составное ядро (механизм предложен Нильсом Бором в 1936 г.) Если реализуется вариант реакции через составное ядро, то энергия частицы-снаряда а делится среди многих нуклонов ядра. Каждый из них имеет энергию недостаточную для вылета из ядра. Проходит много времени прежде чем в результате случайных соударений нуклонов на одном из них (или группе связанных нуклонов) сконцентрируется энергия достаточная для вылета из ядра и частица b вылетает из ядра: Cоставное ядро

25 При протекании реакции через составное ядро она идёт в два этапа:

26 Энергия возбуждения составного ядра Уровни составного ядра 0 Ядро А

27 Распад cоставного ядра распад составного ядра 1 2 стадии реакции

28 Уровни составного ядра, пример Энергия нейтрона, эв

29 Форма резонанса Брейт-Вигнеровская (Приложение 8)

30 Прямые ядерные реакции Прямые реакции протекают без образования составного ядра за времена характерного ядерного времени (времени пролета частицыснаряда через ядро). В прямых реакциях налетающая частица передает свою энергию одному-двум нуклонам ядра-мишени, которые сразу вылетают из ядра, не успев обменяться этой энергией с остальными нуклонами ядра.

31 Пример: реакции однонуклонной передачи (срыва и подхвата нуклона) дейтрон СРЫВ ПОДХВАТ дырка дейтрон

32 Данные этого и подобных опытов говорят о том, что нуклоны в ядре группируются по энергии, образуя нуклонные оболочки, аналогичные электронным оболочкам в атомах