经典散射讲稿

物理学中具有里程碑意义实验现代物理前沿散射1964年原子弹爆炸1967年氢弹爆炸1976丁肇中分别发现J／ψ粒子获诺贝尔奖。1935年J.Chadwick，英国物理学家，因发现了中子获得诺贝尔奖。1908年E.Rutherford，英国物理学家提出了原子的核式模型获得诺贝尔奖1938年E.Fermi，意大利物理学家发明了热中子链式反应堆，获得诺贝尔奖。。1927康普顿发现康普顿效应获诺贝尔物理学奖欧洲大型强子对撞机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电子构成，原子核带正电荷，占据整个原子的极小一部分空间，而电子带负电，绕着原子核转动，如同行星绕太阳转动一样。1932年，物理学家查德威克发现了其质量同质子相当的中性粒子，这正是1920年卢瑟福猜想原子核内可能存在的一种中性的粒子，即中子。他因此获1935年诺贝尔物理学奖。中子发现e入射光子反冲电子散射光子核hh´康普顿效应1927诺贝尔物理学奖粲-t工厂同步辐射工厂高增益自由电子激光装置散裂中子源和ADS直线对撞机国际合作核技术产业化试验束和慢正电子XFEL北京正负电子对撞机走向明天123返回退出加速器三、对撞机近几十年，加速器的能量每10年提高一个量级，加速器的尺寸由数米增加到数十公里。600MeV,e+e-直线加速器加速环3.5GeV增强器22GeV同步加速器1000GeVe+e-对撞机美国的LEP加速器是目前能量最高的加速器：最高能量：1000GeV周长:27km2.对撞机组成示意北京正负电子对撞机图21—8是北京正、负电子对撞机结构图，其工作原理是：由预注入器射出30MeV的电子，经电子直线加速器加速到340MeV，然后打到正电子产生靶（铜或铅）上。产生高能光子，并转化成正、负电子对，经高频偏转器将负电子偏离掉，剩下的正电子，经正负电子加速器减速至1.1Gev,经束流输运线送至储存环，正、负电子束流在储存环内以相反转向运动，并加速至2.2GeV，然后在对撞点对撞。123返回退出对撞机正电子电子1011eV1011eV对撞机模拟环境：温度是太阳表面温度的4×1011倍宇宙诞生的最初的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，

結果碰撞時產生的高熱火球，行為類似黑洞。PositronAnnihilatione++e-

RelativistieMass-EnergyConversionMatterandantimattercanannihilatee+e-ANNIHILATIONPARTICLE未来新能源正电子火箭

美国斯坦福大学的斯坦福直线加速器中心(StanfordLinearAcceleratorCenter，简称SLAC)所建造的粒子加速器，用作研究物质与反物质的分别。科学家将电子光束(蓝色)和正电子(粉红色)光束放在不同的圆管，然后观察它们相撞所引致的光束偏差(deflection)和分裂(disruption)。

核电起步“十五”“适当发展核电”“十一五”“积极发展核电”核电战略我国已建、在建及拟建核电站目前，我国核电装机容量681.4万千瓦，占总装机容量的1.36%第四章经典散射§1.

碰撞的特征及分类动力学特征时间极短不考虑位移相互作用冲量很大动量守恒碰撞前后总能量守恒但机械能不一定守恒碰撞前后总质量守恒碰撞的分类碰撞的后果弹性碰撞非弹性碰撞完全非弹性碰撞相对速度方向正碰相对速度方向与公法线一致斜碰相对速度方向与公法线不一致m1m2Attention:公式中的量均为代数量!!!恢复系数正碰碰前:碰后:

e=1弹性碰撞

e=0完全非弹性碰撞

e<1非弹性碰撞推导压缩阶段m1m2公共速度V设压缩冲量I1恢复阶段设恢复冲量I2斜碰正碰法线方向切线方向法线方向切线方向物体光滑物体非光滑刚体的碰撞解决碰撞问题的注意点恢复系数e正确应用质心的平动绕质心的转动质心的平动绕质心的转动例一.一粒子被球形势井散射,画出粒子出射方向V=边界处势场突变切线方向动量守恒等效折射率例二.质量为M,半径为r的匀质圆环直立在光滑的水平面上,在与环面垂直方向上受一质量为m速率为v的质点的冲击,冲击点恰好在最高点,证明:圆盘恰好呈水平状落地mMdemonstration解:第一阶段碰撞过程碰后质心质点动量守恒圆环受到冲量下一阶段的初始条件碰撞点绝对速度和方向!!!第二阶段圆环质心作平抛运动圆环绕质心匀速转动落地时间例三.质量为m的质点在一倾角为的斜面底部以一定初速且与斜面成角方向发射,如果经n次碰撞后回到原点,证明:恢复系数yxdemonstration第一次第二次第k次令k=nSummary:

刚体碰撞点的绝对速度投影到碰撞方向冲量大小应由质心动量改变量计算冲量对刚体作用的效果冲量矩应对质心而言代数量能量守恒动量守恒康普顿效应入射光子散射光子反冲电子光子动量

康普顿公式康普顿波长能量守恒动量守恒正负电子湮没辐射的多普勒展宽谱PP由能量守恒：正负电子的质量由动量守恒：因为正电子湮没时动量和能量均很小沿发射方向逆发射方向沿光子发射方向的动量正负电子质心总动量沿光子发射方向的动量逆光子发射方向的动量定量讨论碰撞前碰撞后质量守恒动量守恒碰撞过过程中动能损失动能损失等于两体相对动能损失对弹性碰撞Conclusion弹性碰撞质心系中设在C系中:C弹性碰撞在L系中:cABD散射中靶粒子初始静止Discussion:m1<m2CABD1AC<CD2B点变化范围m1>m2A点在圆外ABCDm1=m2A点在圆上§2.

有心排斥力场中粒子的散射一.基本概念总截面瞄准距离入射粒子散射微分散射截面一.基本概念xyzo相互作用区域在xy平面的投影入射粒子靶粒子总截面总截面靶入射粒子一.基本概念瞄准距离SSSS无穷远力心入射粒子散射入射粒子流强度为I:设入射粒子束横截面为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几率一.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与角无关设单位时间散射到d内的粒子数为dN量纲为面积微分散射截面计算二.有心排斥力场中粒子的散射Srmdemonstrationrmin的确定近日点:变量变换一粒子被球形势井散射,证明:V=0r>a

-V0

r>a

边界处势场突变法线方向动量守恒散射角Discussion:当散射发生在当S>a散射不能发生求一质点与半径为a的钢球碰撞的散射截面V(r)=r<a0ra解:demonstration散射的散射截面平方反比有心斥力场解:对卢瑟福散射§3.

L系C系的关系一.散射角的关系L系L系中散射角L系中靶反冲角靶C系中散射角散射前靶静止mMdemonstrationC系中的图象demonstration入射粒子靶粒子散射前散射后入射粒子出射靶粒子反冲:绝对速度相对质心速度绝对速度相对质心速度绝对速度相对质心速度绝对速度相对质心速度对弹性碰撞设靶M散射前静止Discussion:当当对弹性碰撞设靶M散射前静止二.

能量关系L系C系对弹性散射m=M入射粒子动能损失散射前散射后E0Discussion:当入射粒子能量全部传给靶粒子235Unnn235U235U裂变能n+235U

X+Y+E200MeV核能从何而来爱因斯坦质能关系式：