經(jīng)典散射講稿

物理學中具有里程碑意義實驗現(xiàn)代物理前沿散射1964年原子彈爆炸1967年氫彈爆炸1976丁肇中分別發(fā)現(xiàn)J／ψ粒子獲諾貝爾獎。1935年J.Chadwick，英國物理學家，因發(fā)現(xiàn)了中子獲得諾貝爾獎。1908年E.Rutherford，英國物理學家提出了原子的核式模型獲得諾貝爾獎1938年E.Fermi，意大利物理學家發(fā)明了熱中子鏈式反應堆，獲得諾貝爾獎。。1927康普頓發(fā)現(xiàn)康普頓效應獲諾貝爾物理學獎歐洲大型強子對撞機Rutherford模型粒子散射原子的核式模型：+-粒子散射原子的核式模型：原子由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核帶正電荷，占據(jù)整個原子的極小一部分空間，而電子帶負電，繞著原子核轉(zhuǎn)動，如同行星繞太陽轉(zhuǎn)動一樣。1932年，物理學家查德威克發(fā)現(xiàn)了其質(zhì)量同質(zhì)子相當?shù)闹行粤Ｗ樱@正是1920年盧瑟福猜想原子核內(nèi)可能存在的一種中性的粒子，即中子。他因此獲1935年諾貝爾物理學獎。中子發(fā)現(xiàn)e入射光子反沖電子散射光子核hh′康普頓效應1927諾貝爾物理學獎粲-t工廠同步輻射工廠高增益自由電子激光裝置散裂中子源和ADS直線對撞機國際合作核技術產(chǎn)業(yè)化試驗束和慢正電子XFEL北京正負電子對撞機走向明天123返回退出加速器三、對撞機近幾十年，加速器的能量每10年提高一個量級，加速器的尺寸由數(shù)米增加到數(shù)十公里。600MeV,e+e-直線加速器加速環(huán)3.5GeV增強器22GeV同步加速器1000GeVe+e-對撞機美國的LEP加速器是目前能量最高的加速器：最高能量：1000GeV周長:27km2.對撞機組成示意北京正負電子對撞機圖21—8是北京正、負電子對撞機結(jié)構(gòu)圖，其工作原理是：由預注入器射出30MeV的電子，經(jīng)電子直線加速器加速到340MeV，然后打到正電子產(chǎn)生靶（銅或鉛）上。產(chǎn)生高能光子，并轉(zhuǎn)化成正、負電子對，經(jīng)高頻偏轉(zhuǎn)器將負電子偏離掉，剩下的正電子，經(jīng)正負電子加速器減速至1.1Gev,經(jīng)束流輸運線送至儲存環(huán)，正、負電子束流在儲存環(huán)內(nèi)以相反轉(zhuǎn)向運動，并加速至2.2GeV，然后在對撞點對撞。123返回退出對撞機正電子電子1011eV1011eV對撞機模擬環(huán)境：溫度是太陽表面溫度的4×1011倍宇宙誕生的最初的10-19秒KEK,JapanBrookhavenNat’lLab相對論性重離子碰撞器RHIC利用金原子核形成的光束，以幾近光速的高速相互碰撞，

結(jié)果碰撞時產(chǎn)生的高熱火球，行為類似黑洞。PositronAnnihilatione++e-

RelativistieMass-EnergyConversionMatterandantimattercanannihilatee+e-ANNIHILATIONPARTICLE未來新能源正電子火箭

美國斯坦福大學的斯坦福直線加速器中心(StanfordLinearAcceleratorCenter，簡稱SLAC)所建造的粒子加速器，用作研究物質(zhì)與反物質(zhì)的分別?？茖W家將電子光束(藍色)和正電子(粉紅色)光束放在不同的圓管，然后觀察它們相撞所引致的光束偏差(deflection)和分裂(disruption)。

核電起步“十五”“適當發(fā)展核電”“十一五”“積極發(fā)展核電”核電戰(zhàn)略我國已建、在建及擬建核電站目前，我國核電裝機容量681.4萬千瓦，占總裝機容量的1.36%第四章經(jīng)典散射§1.

碰撞的特征及分類動力學特征時間極短不考慮位移相互作用沖量很大動量守恒碰撞前后總能量守恒但機械能不一定守恒碰撞前后總質(zhì)量守恒碰撞的分類碰撞的后果彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞相對速度方向正碰相對速度方向與公法線一致斜碰相對速度方向與公法線不一致m1m2Attention:公式中的量均為代數(shù)量!!!恢復系數(shù)正碰碰前:碰后:

e=1彈性碰撞

e=0完全非彈性碰撞

e<1非彈性碰撞推導壓縮階段m1m2公共速度V設壓縮沖量I1恢復階段設恢復沖量I2斜碰正碰法線方向切線方向法線方向切線方向物體光滑物體非光滑剛體的碰撞解決碰撞問題的注意點恢復系數(shù)e正確應用質(zhì)心的平動繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動質(zhì)心的平動繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動例一.一粒子被球形勢井散射,畫出粒子出射方向V=邊界處勢場突變切線方向動量守恒等效折射率例二.質(zhì)量為M,半徑為r的勻質(zhì)圓環(huán)直立在光滑的水平面上,在與環(huán)面垂直方向上受一質(zhì)量為m速率為v的質(zhì)點的沖擊,沖擊點恰好在最高點,證明:圓盤恰好呈水平狀落地mMdemonstration解:第一階段碰撞過程碰后質(zhì)心質(zhì)點動量守恒圓環(huán)受到?jīng)_量下一階段的初始條件碰撞點絕對速度和方向!!!第二階段圓環(huán)質(zhì)心作平拋運動圓環(huán)繞質(zhì)心勻速轉(zhuǎn)動落地時間例三.質(zhì)量為m的質(zhì)點在一傾角為的斜面底部以一定初速且與斜面成角方向發(fā)射,如果經(jīng)n次碰撞后回到原點,證明:恢復系數(shù)yxdemonstration第一次第二次第k次令k=nSummary:

剛體碰撞點的絕對速度投影到碰撞方向沖量大小應由質(zhì)心動量改變量計算沖量對剛體作用的效果沖量矩應對質(zhì)心而言代數(shù)量能量守恒動量守恒康普頓效應入射光子散射光子反沖電子光子動量

康普頓公式康普頓波長能量守恒動量守恒正負電子湮沒輻射的多普勒展寬譜PP由能量守恒：正負電子的質(zhì)量由動量守恒：因為正電子湮沒時動量和能量均很小沿發(fā)射方向逆發(fā)射方向沿光子發(fā)射方向的動量正負電子質(zhì)心總動量沿光子發(fā)射方向的動量逆光子發(fā)射方向的動量定量討論碰撞前碰撞后質(zhì)量守恒動量守恒碰撞過過程中動能損失動能損失等于兩體相對動能損失對彈性碰撞Conclusion彈性碰撞質(zhì)心系中設在C系中:C彈性碰撞在L系中:cABD散射中靶粒子初始靜止Discussion:m1<m2CABD1AC<CD2B點變化范圍m1>m2A點在圓外ABCDm1=m2A點在圓上§2.

有心排斥力場中粒子的散射一.基本概念總截面瞄準距離入射粒子散射微分散射截面一.基本概念xyzo相互作用區(qū)域在xy平面的投影入射粒子靶粒子總截面總截面靶入射粒子一.基本概念瞄準距離SSSS無窮遠力心入射粒子散射入射粒子流強度為I:設入射粒子束橫截面為A>A入射粒子全部被散射<A入射粒子部分被散射入射粒子散射幾率一.基本概念一.基本概念微分散射截面SSOzxyzyxzdemonstration微分散射截面部分散射截面相互作用與角無關設單位時間散射到d內(nèi)的粒子數(shù)為dN量綱為面積微分散射截面計算二.有心排斥力場中粒子的散射Srmdemonstrationrmin的確定近日點:變量變換一粒子被球形勢井散射,證明:V=0r>a

-V0

r>a

邊界處勢場突變法線方向動量守恒散射角Discussion:當散射發(fā)生在當S>a散射不能發(fā)生求一質(zhì)點與半徑為a的鋼球碰撞的散射截面V(r)=r<a0ra解:demonstration散射的散射截面平方反比有心斥力場解:對盧瑟福散射§3.

L系C系的關系一.散射角的關系L系L系中散射角L系中靶反沖角靶C系中散射角散射前靶靜止mMdemonstrationC系中的圖象demonstration入射粒子靶粒子散射前散射后入射粒子出射靶粒子反沖:絕對速度相對質(zhì)心速度絕對速度相對質(zhì)心速度絕對速度相對質(zhì)心速度絕對速度相對質(zhì)心速度對彈性碰撞設靶M散射前靜止Discussion:當當對彈性碰撞設靶M散射前靜止二.

能量關系L系C系對彈性散射m=M入射粒子動能損失散射前散射后E0Discussion:當入射粒子能量全部傳給靶粒子235Unnn235U235U裂變能n+235U

X+Y+E200MeV核能從何而來愛因斯坦質(zhì)能關系式：