Кулон бариера
Атомни ядра, които имат положителен електрически заряд. На големи разстояния, техните такси могат да бъдат защитени от електрони. Въпреки това, за да се слеят ядра, те трябва да се обърне на разстояние в който действа силно взаимодействие. Това разстояние - за размера на ядрата себе си, и много пъти по-малки от атома. В тези разстояния, електронните обвивки на атомите (дори ако те са оцелели) вече не може да избяга от обвиненията на ядрата, така че те са силно
електростатично отблъскване (вж. фигурата). Силата на отблъскване, в съответствие със закона на Кулон. обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между обвиненията. На разстояние от порядъка на големината на ядрата на силното взаимодействие (обмен Пион), който има тенденция да ги свърже започва да нараства бързо и става по-голям от отблъскване на Кулон.
По този начин, за да започне реакцията, ядрата трябва да преодолеят потенциалната бариера. Например, за реакцията на деутерий - тритий величина на тази преграда е около 0.1 MeV. За сравнение, йонизационна енергия на водород - 13 ЕГ. Следователно вещество участва в реакция на синтез ще бъде почти напълно йонизирана плазма.
0.1 MeV енергия, съответстваща на температура от порядъка от 10 септември К. Въпреки това, има две реакции, които намаляват времето, необходимо за слети реакции температура. Първо, температурата характеризира само средната кинетична енергия, е на частиците и с по-малко енергия и др. В действителност, в реакция на синтез участва малък брой ядра с енергия много по-висока от средната стойност ( "опашката на разпределението Максуел"). На второ място, поради квантовите ефекти, ядрото не е необходимо да имат енергията, превишаваща Кулон бариера. Ако те са по-малко енергия бариера, те ще бъдат по-склонни да тунел през него.
синтез реакционните ядрата Основните
(1) D + Т. 4 Той (3.5 MeV) + п (14,1 MeV)
(2) D + D. T (1.01 MeV) + р (3,02 MeV) (50%)
3 Той (0.82 MeV) + п (2.45 MeV) (50%)
(3) D + 3 Той. 4 Той (3.6 MeV) + р (14,7 MeV)
(4) T + Т. 4 2 Той + N + 11,3 MeV
(5) Той 3 + 3 Той. 4 Той + P 2
(6) 3 Той + Т. 4 Той + р + N + 12.1 MeV (51%)
4 Той (4.8 MeV) + D (9.5 MeV) (43%)
4 Той (0.5 MeV) + п (1.9 MeV) + р (11,9 MeV) (6%)
(7) D + 6 Li. 04 Февруари Той + 22,4 MeV
(8) р + 6 Li. 4 Той (1.7 MeV) + 3 Той (2.3 MeV)
(9) 3 Той + 6 Li. 4 февруари Той + P + 16,9 MeV
(10) р + 11 Б. 04 март Той + 8.7 MeV
В скоби са енергията на съответните частици, и съотношението в проценти от реакционната клон, ако е възможно процесът разклоняване.
Преминаването i- зарежда лъчи частици през материала.
Да разгледаме преминаваща през веществото на заредените частици, - и Х-лъчи на високи енергии, т.е. тези енергии, които няколко или много порядъка превъзхождат средната йонизация потенциала на електрон в електронна обвивка на атома ... Най-голямото практически интерес за ядрена физика, дозиметрия и представлява енергия диапазона от няколко КЕВ до 10 MeV .
Независимо от сериозни затруднения на процесите, свързани с преминаването на частиците чрез значение, тези процеси се поддават на относително точни изчисления или, във всеки случай, се изчислява.
Това се дължи главно на факта, че основната роля в преминаването на заредени частици, - и рентгенова чрез вещество играе добре проучени електромагнитно взаимодействие. Ролята на ядрени взаимодействия в повечето случаи е относително ниска, поради малък обхват, характер на ядрените сили, както и поради факта, че електроните в материала е много по-големи, отколкото атомните ядра.
Поради естеството на механизма, минаваща през частиците на веществото са разпределени в: 1) леки заредени частици (електрони и позитрони); 2) тежки заредени частици (това включва всички частици, в допълнение към електрони и позитрони), и 3) - лъчи и фотони на рентгенови лъчи.
Само неутрони взаимодействат с атомните ядра от ядрени сили, и така преминаването им през веществото трябва да се разглеждат отделно. Неутрино са подложени само слаби взаимодействия и може да премине свободно през астрономически разстояния вещество.
Познаване на законите, приети през веществото на заредените частици и - лъчи, необходими за разбиране на функционирането на уреди за ядрена физика, използван за запис и проучване на свойствата на тези частици, както и за изчисляване на защита срещу ядрената радиация с научни изследвания, ядрената енергия и други приложения на ядрената физика.
Преминаването на тежки заредени частици чрез материя
1. Heavy зарежда масови частиците М и високо енергийни електрони взаимодействат с електрически полета и атомните ядра. Той или йонизира или възбужда атома. Изпълнено като чист и ядрено взаимодействие на частицата с атомно ядро. Чрез тези процеси, енергията на частиците се намалява, и нейното движение се забавя. Ако частицата е положително заредена, резултатът е забавянето започва енергично улавяне на електрони, ги изберете от заобикалящата среда атоми. В резултат на това става неутрален атом или йон и влезе в термично равновесие с околната среда. Това е същата съдба и бързи отрицателни частици.
Предполага се, че основната роля на забавяне частиците играе процеси на йонизация и възбуждане на електронен слой на атома. Всички те се наричат колективно загубите на йонизация. Поради естеството на далечни разстояния на силите частица Кулон взаимодейства директно с много електрони на атомните черупки, които от своя страна действат на частицата. Този ефект е случаен, хаотичен характер, така че по пътя на частиците във вещество почти ясна. Неподвижност път също така е свързано с голяма маса на тежки частици, в сравнение с масата на електрон светлина, при което при всяка взаимодействие с електрона то се отклонява много малко и губи много малка част от първоначалната енергия.
Основният интерес е средната йонизационна енергия загубата на частицата - d / DX, за единица път, както и пълна гама R в тази област. Помислете за решаването на проблема с презумпцията, че класическата механика, а след това качествено вземат предвид влиянието на квантовите ефекти.
2. На първо място, ние изчисляваме загубите на енергия, въведени от един-единствен електрон, а след това обобщим тези загуби над всички електрони среда. По този начин, ние приемаме, че всеки електрон взаимодействие с частиците, въпросната протича така, сякаш не е имало други електрони. висока енергия на частиците се приема, следователно електрона, с които взаимодейства, може да се предположи, свободен и в покой.
Едва след йонизация с електронен губи контакт с молекула или атом и бързо започва да набере скорост и поради поемането на неподвижност на електрона не може да се извърши най-малко. Но процесът на йонизация се случва на малки разстояния от движещите се частици, така че електрон ускорение се извършва е кратък, и ние можем да приемем, че тя не играе съществена роля. Самата частица може да се разглежда при изчисляването на праволинейно движещи се с постоянна скорост .
Charge брой движещи се частици ще бъде означен с малка буква Z, оставяйки голям писмо Z да се посочи заряд на атомните ядра на околната среда.
Частица с такса Зе, движейки се покрай електрон ос А в посока х (вж. Фигура), привлича електрона от силата F = Зе 2 / R 2. Последно в DT време информира му пулсира Fdt. Надлъжният компонент на този импулс не е от значение, тъй като при преминаването на частиците през точката тя се променя знак. В резултат на увеличението на надлъжната компонента ще се компенсира от намаляването му. От интерес е само една напречна компонент на електрон пулса. Ние означаваме напречна компонента на инерция стр. След DP = -F sin DT, или
където DX - пътят пресича от частицата по време на DT време. Но х = BCTG , R = б / sin и б е константа в нашия подход предполага.
По този начин, чрез приемане на независима променлива ъгъл , ние получаваме
Пълен напречната инерция, натрупан електрон, има интегриране в интервала от 0 до . По този начин, ние откриваме
Електронни получава мощност Р2 / 2m, и съща частица губи енергия (m - електронен маса).
3. Да приемем сега, че частицата пресича значение DX безкраен дебелина на слоя за единица обем, който съдържа п електрони. Част от този слой е ограничено от цилиндрични повърхности с радиуси б и б + db, е DN = 2 nb db DX електрони. Ако, както е предложено по-горе, електроните са независимо един от друг, взаимодействието на частиците с DN доведе до загуба на електрони от сумата от енергията - DNP 2/2 м.
Така Общо загуба на единица път на енергия на частиците е
където интеграцията е по цялата площ, изпълнен с електрони, се влияе значително върху спирачните частици. От гледна точка на математиката не може да изпълнява интеграцията в диапазона от б = 0 до B = + , тъй като това води до отклоняване на интегрална. Интеграцията трябва да бъде в диапазона от минималната стойност б = Bmin до максималната стойност б = Bmax. В повечето случаи е достатъчно да се ограничи относително груби физически обосновани оцениха границите на интеграция.
4. Ограничаване на горната граница е свързан с квантовите свойства на средни атоми. За да се възбуди атом външно действие трябва да бъде достатъчно силен. Тя трябва да бъде в състояние да прехвърли на атома от едно ниво на енергия в друг. В противен случай, един атом няма да бъде развълнуван. Такова атом не засяга отрицателно ускорение на движеща се частица и не допринася за интеграл. Следващият елементарни оценка позволява да се разбере същността на въпроса.
Преместването на частиците ефективно действа на електрона по време
б / . Кулон сила, действаща на електрона, F
2 Зе / б 2. инерцията на електрона при пропорционална F
2 Зе / b, т.е. това е най-малък, по-голямата б. Ако б превишава определена Bmax стойност. съответната електронна не трябва да се взема предвид. Но ако електронът се счита в течение на времето , несигурността от своята енергия? ограничени съотношение ?
з. Грубо атом е развълнувана, само когато? е не по-малко от средната йонизация потенциал на атома. Вярвайки? =, оценката
Н / време за ефективно взаимодействие с електрон частицата под внимание.
За средна атомна йонизационна енергия обикновено се приема емпирично установена формула
През частици преминава
За нерелативистичните размера на частиците и това може да се приема като грубо приближение за горна граница б.
Формула (*), получен в нерелативистичните сближаване. Когато частиците се движи в относителни скорости, тази формула трябва да бъдат коригирани за. Въпросът е, че
използвани при неговото извличане на Кулон закона за електрическото поле на такса за точка. Когато релативистични скорости на преместване таксата варира неговото електрическо поле. Електрически силови линии на движеща се точка такса остават прави, но цялата картина на електропроводи е компресиран в посоката на движение. Това е показано в Схемата. Като се вземат предвид релативистични поправки, получаваме
където скоростта на частиците променен на S, тъй като сега е релативистично движение. Що се отнася до електрон, той все още се очаква, че движението, което се случва, след сблъсъка с частиците, нерелативистката. Ето защо, горната граница на интеграция е равна на (ср с (*))
5. Сега определи долната граница на интеграция.
Според несигурност връзка инерцията на частицата и разстоянието б до електрона трябва да отговарят BP ч. Ето защо, от квантова гледна точка, долната граница е естествено да се изразяването
Като резултат от комбинацията на получените изрази получава Бор формула:
Оценките на границите на интеграция са много груби. Въпреки това, има малко по-точни изрази за -d / DX. Един от най-простите такива изрази:
За протони с енергия от 1 MeV във въздуха при нормална температура и налягане на логаритмична план в последната формула е около 9, и релативистката термин 2 не може да надвишава 1. Очевидно е, че по-точни изрази, не дават нищо ново по отношение на разбирането на физиката на енергийния загубата на тежки частици ,
6. Бор формула, поне качествено, количествено и частично става ясно какво стойностите, определени чрез инхибиране на тежки заредени частици поради загуби йонизация в материала в широк обхват на енергия на частиците (от 1 MeV до десетки и стотици GeV). Както се вижда от формула Бор, големи загуби се определят от заряда и скоростта на частиците, броят на електрони за единица обем на средата и средната йонизация потенциал на средни атоми. Зависимост от логаритмична, толкова слаба.
С увеличаване на загубата на скорост на частиците на единица дължина на първия намаление. Но скоростта на подход към релативистката граница, т.е., когато • Трудови с, заменен от увеличаване на разпад, тъй като в числителя на логаритъм 2m 2 става по същество постоянно, а знаменателят 1 - .. ß 2 клони към нула. В резултат на загуби по време на скорост енергийни частици растеж -d / DX преминават през минимум, което е приблизително около 2ms = 2. Това е чисто релативистично ефект.
Накрая, квадратичен Z зависимостта се проявява в силните спирачни - и размножават заредени частици в материята.
При много ниски и много високи скорости частици Бор формула дава твърде висока стойност за загуба на енергия на частиците.
7. При ниски скорости започва да се отрази на частиците улавяне движат електрони. Такова улавяне поне някои намаляване на броя еквивалент на Z, и това води до намаляване на загубата на енергия в сравнение с която дава Бор формула. Особено силно улавяне случва в случай на движение на многократно заредени положителни йони, т.е.. Е. атома, много електрони загубени. Благодарение на залавяне на електроните с намаляване на кривата на загуба скорост на частиците не излиза до безкрайност, тъй като това би било в съответствие с формула Бора, и достига своя максимум и след това започва да се намалява постепенно.
Тези ефекти се отчитат емпирично и резултатите са изразени под формата на криви пробег - енергия.
8. разстояние, изминато от частица в средносрочен до пълното му спиране, т.е.. Д. До момента, когато става въпрос за топлинно равновесие с околната среда, наречена пробег. За да се изчисли обявлението за път R, че пътя DX кинетичната енергия на частицата = m 2/2 промените като d, така че DX = (DX / d) d = (DX / d) M d. Заместването d / DX Бор формула получаване на диференциално уравнение чиито добиви интеграция
където 0 - начална скорост на движение на частиците и функция F се определя от сравнително сложно неразделна. Важно е, че тази функция за дадена среда е еднакъв за всички частици. Приблизително функция е може да се определи чрез началната скорост на движение на частиците
Въпреки това, приложимостта е ограничен Бор формула средни улавяне на електрони ефекти. Рафинирано формула за R могат да бъдат получени от следните съображения. Ние разделяме целия път на движение на частиците на две части: частта, където улавяне на електрони не се извършва и прилага формула Бор, а останалата част, където важна роля се играе от грайферите. Първата част на експресията е приложимо (**). Дължината на втората част на пътя от началната скорост е независим, т.е.. Д. С е постоянна стойност на тази константа е различен за различните частици, и медии, в която те се движат. По този начин се получава за пълен цикъл на приблизителната формула
За -частици във въздуха при стайна температура и нормално налягане опит дава R = 0,2 см алуминиев протон цикъл с 5 MeV равни на 0.06 mm и с енергия от 10 MeV. - 0,17 мм.
Свързани статии