經(jīng)典散射講稿

物理學(xué)中具有里程碑意義實(shí)驗(yàn)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(jiǎng)。1935年J.Chadwick，英國(guó)物理學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)了中子獲得諾貝爾獎(jiǎng)。1908年E.Rutherford，英國(guó)物理學(xué)家提出了原子的核式模型獲得諾貝爾獎(jiǎng)1938年E.Fermi，意大利物理學(xué)家發(fā)明了熱中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)堆，獲得諾貝爾獎(jiǎng)。。1927康普頓發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)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(gè)原子的極小一部分空間，而電子帶負(fù)電，繞著原子核轉(zhuǎn)動(dòng)，如同行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)一樣。1932年，物理學(xué)家查德威克發(fā)現(xiàn)了其質(zhì)量同質(zhì)子相當(dāng)?shù)闹行粤Ｗ?，這正是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(xué)獎(jiǎng)。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(yīng)1927諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)粲-t工廠(chǎng)同步輻射工廠(chǎng)高增益自由電子激光裝置散裂中子源和ADS直線(xiàn)對(duì)撞機(jī)國(guó)際合作核技術(shù)產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)束和慢正電子X(jué)FEL北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)走向明天123返回退出加速器三、對(duì)撞機(jī)近幾十年，加速器的能量每10年提高一個(gè)量級(jí)，加速器的尺寸由數(shù)米增加到數(shù)十公里。600MeV,e+e-直線(xiàn)加速器加速環(huán)3.5GeV增強(qiáng)器22GeV同步加速器1000GeVe+e-對(duì)撞機(jī)美國(guó)的LEP加速器是目前能量最高的加速器：最高能量：1000GeV周長(zhǎng):27km2.對(duì)撞機(jī)組成示意北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)圖21—8是北京正、負(fù)電子對(duì)撞機(jī)結(jié)構(gòu)圖，其工作原理是：由預(yù)注入器射出30MeV的電子，經(jīng)電子直線(xiàn)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(fù)電子對(duì)，經(jīng)高頻偏轉(zhuǎn)器將負(fù)電子偏離掉，剩下的正電子，經(jīng)正負(fù)電子加速器減速至1.1Gev,經(jīng)束流輸運(yùn)線(xiàn)送至儲(chǔ)存環(huán)，正、負(fù)電子束流在儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)以相反轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，并加速至2.2GeV，然后在對(duì)撞點(diǎn)對(duì)撞。123返回退出對(duì)撞機(jī)正電子電子1011eV1011eV對(duì)撞機(jī)模擬環(huán)境：溫度是太陽(yáng)表面溫度的4×1011倍宇宙誕生的最初的10-19秒KEK,JapanBrookhavenNat’lLab相對(duì)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(shí)產(chǎn)生的高熱火球，行為類(lèi)似黑洞。PositronAnnihilatione++e-

RelativistieMass-EnergyConversionMatterandantimattercanannihilatee+e-ANNIHILATIONPARTICLE未來(lái)新能源正電子火箭

美國(guó)斯坦福大學(xué)的斯坦福直線(xiàn)加速器中心(StanfordLinearAcceleratorCenter，簡(jiǎn)稱(chēng)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(xué)家將電子光束(藍(lán)色)和正電子(粉紅色)光束放在不同的圓管，然后觀(guān)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(dāng)發(fā)展核電”“十一五”“積極發(fā)展核電”核電戰(zhàn)略我國(guó)已建、在建及擬建核電站目前，我國(guó)核電裝機(jī)容量681.4萬(wàn)千瓦，占總裝機(jī)容量的1.36%第四章經(jīng)典散射§1.

碰撞的特征及分類(lèi)動(dòng)力學(xué)特征時(shí)間極短不考慮位移相互作用沖量很大動(dòng)量守恒碰撞前后總能量守恒但機(jī)械能不一定守恒碰撞前后總質(zhì)量守恒碰撞的分類(lèi)碰撞的后果彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞相對(duì)速度方向正碰相對(duì)速度方向與公法線(xiàn)一致斜碰相對(duì)速度方向與公法線(xiàn)不一致m1m2Attention:公式中的量均為代數(shù)量!!!恢復(fù)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(dǎo)壓縮階段m1m2公共速度V設(shè)壓縮沖量I1恢復(fù)階段設(shè)恢復(fù)沖量I2斜碰正碰法線(xiàn)方向切線(xiàn)方向法線(xiàn)方向切線(xiàn)方向物體光滑物體非光滑剛體的碰撞解決碰撞問(wèn)題的注意點(diǎn)恢復(fù)系數(shù)e正確應(yīng)用質(zhì)心的平動(dòng)繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)心的平動(dòng)繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)例一.一粒子被球形勢(shì)井散射,畫(huà)出粒子出射方向V=邊界處勢(shì)場(chǎng)突變切線(xiàn)方向動(dòng)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(diǎn)的沖擊,沖擊點(diǎn)恰好在最高點(diǎn),證明:圓盤(pán)恰好呈水平狀落地mMdemonstration解:第一階段碰撞過(guò)程碰后質(zhì)心質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量守恒圓環(huán)受到?jīng)_量下一階段的初始條件碰撞點(diǎn)絕對(duì)速度和方向!!!第二階段圓環(huán)質(zhì)心作平拋運(yùn)動(dòng)圓環(huán)繞質(zhì)心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)落地時(shí)間例三.質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)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(diǎn),證明:恢復(fù)系數(shù)yxdemonstration第一次第二次第k次令k=nSummary:

剛體碰撞點(diǎn)的絕對(duì)速度投影到碰撞方向沖量大小應(yīng)由質(zhì)心動(dòng)量改變量計(jì)算沖量對(duì)剛體作用的效果沖量矩應(yīng)對(duì)質(zhì)心而言代數(shù)量能量守恒動(dòng)量守恒康普頓效應(yīng)入射光子散射光子反沖電子光子動(dòng)量

康普頓公式康普頓波長(zhǎng)能量守恒動(dòng)量守恒正負(fù)電子湮沒(méi)輻射的多普勒展寬譜PP由能量守恒：正負(fù)電子的質(zhì)量由動(dòng)量守恒：因?yàn)檎娮愉螞](méi)時(shí)動(dòng)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(dòng)量正負(fù)電子質(zhì)心總動(dòng)量沿光子發(fā)射方向的動(dòng)量逆光子發(fā)射方向的動(dòng)量定量討論碰撞前碰撞后質(zhì)量守恒動(dòng)量守恒碰撞過(guò)過(guò)程中動(dòng)能損失動(dòng)能損失等于兩體相對(duì)動(dòng)能損失對(duì)彈性碰撞Conclusion彈性碰撞質(zhì)心系中設(shè)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(diǎn)變化范圍m1>m2A點(diǎn)在圓外ABCDm1=m2A點(diǎn)在圓上§2.

有心排斥力場(chǎng)中粒子的散射一.基本概念總截面瞄準(zhǔn)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(zhǔn)距離SSSS無(wú)窮遠(yuǎn)力心入射粒子散射入射粒子流強(qiáng)度為I:設(shè)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(wú)關(guān)設(shè)單位時(shí)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(jì)算二.有心排斥力場(chǎng)中粒子的散射Srmdemonstrationrmin的確定近日點(diǎn):變量變換一粒子被球形勢(shì)井散射,證明:V=0r>a

-V0

r>a

邊界處勢(shì)場(chǎng)突變法線(xiàn)方向動(dòng)量守恒散射角Discussion:當(dāng)散射發(fā)生在當(dāng)S>a散射不能發(fā)生求一質(zhì)點(diǎn)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(chǎng)解:對(duì)盧瑟福散射§3.

L系C系的關(guān)系一.散射角的關(guān)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(duì)速度相對(duì)質(zhì)心速度絕對(duì)速度相對(duì)質(zhì)心速度絕對(duì)速度相對(duì)質(zhì)心速度絕對(duì)速度相對(duì)質(zhì)心速度對(duì)彈性碰撞設(shè)靶M散射前靜止Discussion:當(dāng)當(dāng)對(duì)彈性碰撞設(shè)靶M散射前靜止二.

能量關(guān)系L系C系對(duì)彈性散射m=M入射粒子動(dòng)能損失散射前散射后E0Discussion:當(dāng)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(lái)愛(ài)因斯坦質(zhì)能關(guān)系式：