Effektivt tværsnit

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. juni 2021; checks kræver 2 redigeringer .

Effektivt tværsnit
$\\sigma$
Dimension	$L^{2}$
Enheder
SI	m 2
GHS	cm 2
Noter
Off -system enhed : stald \u003d 10 -28 m 2 \u003d 10 -24 cm 2

Det effektive tværsnit er en fysisk størrelse , der karakteriserer sandsynligheden for overgangen af et system af to interagerende partikler til en bestemt sluttilstand, en kvantitativ karakteristik af kollisioner af partikler af en strøm, der falder ind på et mål med målpartikler. Det er meget brugt i atom- og kernefysik i studiet af spredningen af partikelstråler på mål [1] .

Det effektive tværsnit har arealdimensionen . Visuelt kan denne værdi repræsenteres som en betinget sum af tværsnittene af de partikler, der udgør målet. Når man bestråler dette mål med en ensartet strømning, skal de partikler, der udgør strømmen, falde ind i dette tværsnit. Partikler, der "svigter", vil ikke deltage i den pågældende interaktionskanal.

Definition

Det effektive tværsnit er defineret som forholdet mellem antallet af interaktioner pr. tidsenhed for en strøm af partikler af en slags med en tæthed , der flyver med en hastighed , der falder ind på et mål bestående af partikler af en slags med en partikeltæthed og -volumen , til fluxtætheden og til antallet af partikler i målet : $N$ $en$ $n_{1}$ $v_{1}$ $2$ $n_{2}$ $V$ ${\displaystyle n_{1}v_{1))$ $n_{2}V$

\sigma ={\frac {N}{n_{1}v_{1}n_{2}V))

Et sådant tværsnit karakteriserer for eksempel absorptionsprocessen (af en neutron eller en foton ) med tilstrækkelig fuldstændighed. Ud fra det kendte absorptionstværsnit og tætheden af absorberende centre kan man beregne absorptionskoefficienten for type 1-partikler i målmaterialet: $n_{2}$ $\mu$

\mu =n_{2}\sigma .

Differentialspredningstværsnit

I tilfælde af spredning af elastisk partikelstråle udsendes de spredte partikler i forskellige vinkler i forhold til retningen af momentum af den indfaldende partikel. En detaljeret beskrivelse af denne proces giver det differentielle effektive tværsnit , hvis definition, i stedet for det samlede antal interaktioner pr. tidsenhed, omfatter forskellen mellem antallet af interaktioner pr. momentum med retning i rumvinkelelementet ( ): $\left({\mathrm {d} \sigma \over \mathrm {d} \Omega }\right)$ $\mathrm {d} N$ $\mathrm {d} \Omega$

\mathrm {d} \sigma ={\frac {\mathrm {d} N}{n_{1}v_{1}n_{2}V))

eller

{\frac {\mathrm {d} \sigma }{\mathrm {d} \Omega }}={\frac {\frac {\mathrm {d} N}{\mathrm {d} \Omega }} {n_{1}v_{1}n_{2}V}}

Integration over den fulde rumvinkel giver det samlede tværsnit til spredning i alle vinkler:

\sigma =\int {d\sigma \over d\Omega }d\Omega

I nærvær af uelastiske interaktioner er det samlede tværsnit summen af tværsnittene for elastiske og uelastiske spredninger. For hver type (kanal) af uelastiske interaktioner kan der indføres et separat effektivt tværsnit.

Differentielt tværsnit af reaktionen

Når de passerer gennem målet, kolliderer partikler af typen med partikler af typen og indgår i en reaktion , hvorved partikler af typen flyver ud af målet . Betegn som antallet af partikler af typen eller , som på 1 sek. flyver gennem et element af overfladen, der dækker et uendeligt lille element af rumvinklen . Det effektive tværsnit er mængden . Det differentielle effektive tværsnit er lig med forholdet mellem det effektive tværsnit og rumvinkelelementet . Det integrerede effektive tværsnit er , hvor er det samlede antal partikler, der udsendes pr. tidsenhed fra et tyndt mål eller . $en$ $2$ $1+2\rightarrow 3+4$ $3$ $fire$ $dN$ $3$ $fire$ $dS$ $d\Omega$ $d\sigma ={\frac {dN}{n_{1}v_{1}n_{2}V))$ ${\frac {d\sigma }{d\Omega }}={\frac {\frac {dN}{d\Omega }}{n_{1}v_{1}n_{2}V}}$ $\sigma =\int d\sigma =\int {\frac {d\sigma }{d\Omega }}d\Omega ={\frac {N}{n_{1}v_{1}n_{2 }V}}$ $N$ $3$ $fire$

Kernefysik

Det effektive tværsnit er meget brugt i kerne- og neutronfysik til at udtrykke sandsynligheden for, at en bestemt kernereaktion opstår, når to partikler kolliderer.

Den typiske radius af en atomkerne er omkring 10 −14 m , det vil sige , at kernens tværsnit er omkring 10 −28 m² . Det kan forventes, at tværsnittene for vekselvirkninger af partikler med kernen bør have nogenlunde samme værdi. Den fik sit eget navn - lade - og bruges normalt som en enhed til måling af tværsnittet af nukleare reaktioner. Imidlertid kan reaktionstværsnittene variere over et meget bredt område.

Hvis radius af kernen er større end de Broglie-bølgelængden af den indfaldende partikel (høje energier), så bestemmes det maksimale tværsnit af kernens geometriske dimensioner (πR²). I området med lave energier bestemmes det maksimale tværsnit tværtimod af de Broglie-bølgelængden. De reelle værdier af tværsnittene kan være meget mindre end de maksimale, de afhænger af energien af de indfaldende partikler, typen af reaktion, orienteringen af partikelspindene osv .

Neutrontværsnit af kerner

Samspillet mellem kernen af et atom og neutronen er hjørnestenen i nuklear teknologi . Sandsynligheden for interaktion mellem kernen og neutronen kaldes det samlede tværsnit . Interaktionsprocessen kan foregå på flere måder. Sandsynligheden for hvert specifikt skema (dets interaktionstværsnit ) afhænger af kernens sammensætning og neutronens kinetiske energi:

Elastisk spredning, hvor kernen bevarer sin integritet. Neutronen og kernen ændrer deres kinetiske energi i overensstemmelse med mekanikkens love. Sandsynligheden for et sådant scenarie karakteriserer spredningstværsnittet .
En kernereaktion, hvor kernen absorberer en neutron ( neutronfangst ). Dens sandsynlighed er karakteriseret ved indfangningstværsnittet . Der er mange scenarier for konsekvenserne af neutronfangst, som hver også kan karakteriseres ved sit eget tværsnit. For eksempel bliver nogle kerner efter fangst ustabile og henfalder. Denne sandsynlighed er karakteriseret ved fissionstværsnittet .
Uelastisk spredning , hvor kernen går i stykker under påvirkning af en neutron.

element	neutrontværsnit, stald
	overtagelser		spredning
	termiske neutroner	hurtige neutroner	termiske neutroner	hurtige neutroner
C	0,0034	0,0001	4,75	0,619
Na	0,515	0,002	fire	0,437
Fe	2,55	0,010	10.9	0,85
Zr	0,185	0,023	6,40	0,97
238 U	2.7	0,331	8.9	0,664

Noter

↑ Shirokov, 1972 , s. 630.

Litteratur

Bilenky S. M. Spredning af mikropartikler // Physical Encyclopedia / Red. A. M. Prokhorov. - M . : Soviet Encyclopedia, 1992. - T. 4. - S. 271-273.
Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Kernefysik. - M. : Nauka, 1972. - 670 s.

Links

Effektiv tværsnitsartikel fra Great Soviet Encyclopedia .
Nukleare reaktioner - artikel fra Great Soviet Encyclopedia .

I bibliografiske kataloger	BNF : 11951137r GND : 4190024-8 J9U : 987007533512405171 LCCN : sh85034281