Tehokas poikkileikkaus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 6.6.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Tehokas poikkileikkaus
$\ \sigma$
Ulottuvuus	$L^{2}$
Yksiköt
SI	m 2
GHS	cm 2
Huomautuksia
Järjestelmän ulkopuolinen yksikkö : navetta \u003d 10 -28 m 2 \u003d 10 -24 cm 2

Tehokas poikkileikkaus on fysikaalinen suure , joka luonnehtii kahden vuorovaikutuksessa olevan hiukkasen järjestelmän siirtymisen todennäköisyyttä tiettyyn lopputilaan, kvantitatiivinen ominaisuus kohteeseen osuvan virtauksen hiukkasten törmäyksille kohdehiukkasten kanssa. Sitä käytetään laajalti atomi- ja ydinfysiikassa tutkittaessa hiukkassäteiden sirontaa kohteissa [1] .

Tehokkaalla poikkileikkauksella on pinta -alan mitta . Visuaalisesti tämä arvo voidaan esittää ehdollisena summana kohteen muodostavien hiukkasten poikkileikkauksista. Kun tätä kohdetta säteilytetään tasaisella virtauksella, virtauksen muodostavien hiukkasten on pudottava tähän poikkileikkaukseen. Hiukkaset, jotka "huijaavat", eivät osallistu tarkasteltavaan vuorovaikutuskanavaan.

Määritelmä

Tehokas poikkileikkaus määritellään vuorovaikutusten lukumäärän suhteeksi aikayksikköä kohti hiukkasvirran , jolla on tiheys , lentää nopeudella , joka osuu kohteeseen , joka koostuu hiukkaslajeista , joilla on hiukkasten tiheys ja tilavuus , vuotiheyteen ja kohteen hiukkasten lukumäärään : $N$ $yksi$ $n_{1}$ $v_{1}$ $2$ $n_{2}$ $V$ ${\displaystyle n_{1}v_{1))$ $n_{2}V$

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

Tällainen poikkileikkaus luonnehtii riittävän täydellisesti esimerkiksi ( neutronin tai fotonin ) absorptioprosessia. Tunnetusta absorptiopoikkileikkauksesta ja absorptiokeskusten tiheydestä voidaan laskea tyypin 1 hiukkasten absorptiokerroin kohdemateriaalissa: $n_{2}$ $\mu$

\mu =n_{2}\sigma .

Differentiaalisironta poikkileikkaus

Elastisen hiukkasnsäteen sironnan tapauksessa sironneet hiukkaset emittoidaan eri kulmissa suhteessa tulevan hiukkasen liikemäärän suuntaan. Tämän prosessin yksityiskohtainen kuvaus antaa differentiaalisen tehollisen poikkileikkauksen , jonka määritelmään sisältyy vuorovaikutusten kokonaismäärän sijasta aikayksikköä kohti niiden vuorovaikutusten lukumäärän erotus , jonka seurauksena tyypin 1 hiukkanen sai. liikemäärä ja suunta avaruuskulmaelementissä ( ): $\left({\mathrm {d} \sigma \over \mathrm {d} \Omega }\oikea)$ $\mathrm {d} N$ $\mathrm {d} \Omega$

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

tai

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

Integrointi täyden avaruuskulman yli antaa kokonaispoikkileikkauksen , joka mahdollistaa sironnan kaikissa kulmissa:

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

Joustamattomien vuorovaikutusten esiintyessä kokonaispoikkileikkaus on elastisten ja joustamattomien sironnan poikkileikkausten summa. Jokaiselle joustamattoman vuorovaikutuksen tyypille (kanavalle) voidaan ottaa käyttöön erillinen tehollinen poikkileikkaus.

Reaktion differentiaalinen poikkileikkaus

Kulkiessaan kohteen läpi kaltaiset hiukkaset törmäävät lajin hiukkasten kanssa ja alkavat reaktioon , jonka seurauksena lajin hiukkaset lentävät pois kohteesta . Merkitään tyyppisten tai hiukkasten lukumääränä , jotka 1 sekunnissa lentää pintaelementin läpi, joka kattaa äärettömän pienen avaruuskulman elementin . Tehokas poikkileikkaus on määrä . Differentiaalinen tehollinen poikkileikkaus on yhtä suuri kuin tehollisen poikkileikkauksen suhde avaruuskulmaelementtiin . Integroitu tehollinen poikkileikkaus on , jossa on ohuesta kohteesta aikayksikköä kohden vapautuvien hiukkasten kokonaismäärä tai . $yksi$ $2$ $1+2\rightarrow 3+4$ $3$ $neljä$ $dN$ $3$ $neljä$ $dS$ $d\Omega$ $d\sigma ={\frac {dN}{n_{1}v_{1}n_{2}V))$ ${\frac {d\sigma }{d\Omega }}={\frac {\frac {dN}{d\Omega }}{n_{1}v_{1}n_{2}V}}$ $\sigma =\int d\sigma =\int {\frac {d\sigma }{d\Omega }}d\Omega ={\frac {N}{n_{1}v_{1}n_{2 }V}}$ $N$ $3$ $neljä$

Ydinfysiikka

Tehokasta poikkileikkausta käytetään laajalti ydin- ja neutronifysiikassa ilmaisemaan tietyn ydinreaktion todennäköisyyttä kahden hiukkasen törmäyksessä.

Tyypillinen atomiytimen säde on noin 10 −14 m , eli ytimen poikkileikkaus on noin 10 −28 m² . Voidaan olettaa, että hiukkasten ja ytimen välisten vuorovaikutusten poikkileikkauksilla tulisi olla suunnilleen sama arvo. Se sai oman nimensä - navetta - ja sitä käytetään yleensä yksikkönä ydinreaktioiden poikkileikkauksen mittaamiseen . Itse asiassa reaktion poikkileikkaukset voivat kuitenkin vaihdella hyvin laajalla alueella.

Jos ytimen säde on suurempi kuin tulevan hiukkasen de Broglie-aallonpituus (suuret energiat), maksimipoikkileikkaus määräytyy ytimen geometristen mittojen (πR²) mukaan. Pienten energioiden alueella suurin poikkileikkaus määräytyy päinvastoin de Broglien aallonpituudella. Poikkileikkausten todelliset arvot voivat olla paljon pienempiä kuin maksimiarvot, ne riippuvat tulevien hiukkasten energiasta, reaktion tyypistä, hiukkasten spinien suunnasta jne.

Ytimen neutronipoikkileikkaukset

Atomin ytimen ja neutronin välinen vuorovaikutus on ydintekniikan kulmakivi . Ytimen ja neutronin välisen vuorovaikutuksen todennäköisyyttä kutsutaan kokonaispoikkileikkaukseksi . Vuorovaikutusprosessi voi tapahtua monella tavalla. Kunkin tietyn kaavion todennäköisyys (sen vuorovaikutuksen poikkileikkaus ) riippuu ytimen koostumuksesta ja neutronin kineettisestä energiasta:

Elastinen sironta, jossa ydin säilyttää eheytensä. Neutroni ja ydin muuttavat kineettistä energiaansa mekaniikan lakien mukaisesti. Tällaisen skenaarion todennäköisyys luonnehtii sirontapoikkileikkausta .
Ydinreaktio, jossa ydin absorboi neutronin ( neutronin sieppaus ). Sen todennäköisyydelle on ominaista sieppauspoikkileikkaus . Neutronien sieppaamisen seurauksille on olemassa monia skenaarioita, joista jokaista voidaan myös luonnehtia omalla poikkileikkauksellaan. Esimerkiksi joistakin ytimistä vangitsemisen jälkeen tulee epävakaita ja hajoaa. Tälle todennäköisyydelle on ominaista fission poikkileikkaus .
Joustamaton sironta , jossa ydin hajoaa neutronin vaikutuksesta.

elementti	neutronien poikkileikkaus, navetta
	haltuunotot		hajoaminen
	lämpöneutroneja	nopeita neutroneja	lämpöneutroneja	nopeita neutroneja
C	0,0034	0,0001	4.75	0,619
Na	0,515	0,002	neljä	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

Muistiinpanot

↑ Shirokov, 1972 , s. 630.

Kirjallisuus

Bilenky S. M. Mikrohiukkasten sironta // Physical Encyclopedia / Toim. A. M. Prokhorov. - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1992. - T. 4. - S. 271-273.
Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Ydinfysiikka. - M .: Nauka, 1972. - 670 s.

Linkit

Tehokas poikkileikkausartikkeli Great Soviet Encyclopediasta .
Ydinreaktiot - artikkeli Suuresta Neuvostoliiton Encyclopediasta .

Bibliografisissa luetteloissa	BNF : 11951137r GND : 4190024-8 J9U : 987007533512405171 LCCN : sh85034281