Efektivní průřez

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 6. června 2021; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Efektivní průřez
$\ \sigma$
Dimenze	$L^{2}$
Jednotky
SI	m 2
GHS	cm 2
Poznámky
Jednotka mimo systém : stodola \u003d 10 -28 m 2 \u003d 10 -24 cm 2

Efektivní průřez je fyzikální veličina , která charakterizuje pravděpodobnost přechodu systému dvou interagujících částic do určitého konečného stavu, kvantitativní charakteristika srážek částic proudění dopadajícího na cíl s částicemi cíle. Je široce používán v atomové a jaderné fyzice při studiu rozptylu paprsků částic na cílech [1] .

Účinný průřez má rozměr plochy . Vizuálně může být tato hodnota reprezentována jako podmíněný součet průřezů částic, které tvoří cíl. Při ozařování tohoto terče rovnoměrným tokem musí částice, které tok tvoří, spadat do tohoto průřezu. Částice, které „chybí“, se nezúčastní uvažovaného kanálu interakce.

Definice

Efektivní průřez je definován jako poměr počtu interakcí za jednotku času pro proud částic určitého druhu o hustotě letící rychlostí dopadající na cíl sestávající z částic druhu o hustotě a objemu , na hustotu toku a na počet částic v cíli : $N$ $jeden$ $n_{1}$ $v_{1}$ $2$ $n_{2}$ $PROTI$ ${\displaystyle n_{1}v_{1))$ $n_{2}V$

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

Takový průřez dostatečně podrobně charakterizuje například proces absorpce ( neutronu nebo fotonu ). Ze známého absorpčního průřezu a hustoty absorpčních center lze vypočítat absorpční koeficient částic typu 1 v cílovém materiálu: $n_{2}$ $\mu$

\mu =n_{2}\sigma .

Průřez diferenciálního rozptylu

V případě rozptylu svazku elastických částic jsou rozptýlené částice emitovány pod různými úhly vzhledem ke směru hybnosti dopadající částice. Podrobným popisem tohoto procesu je uveden diferenciální efektivní průřez , jehož definice namísto celkového počtu interakcí za jednotku času zahrnuje diferenciál počtu interakcí za jednotku času , v jejichž důsledku získala částice 1. hybnost se směrem v prvku prostorového úhlu ( ): $\left({\mathrm {d} \sigma \over \mathrm {d} \Omega }\right)$ $\mathrm {d} N$ $\mathrm {d} \Omega$

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

nebo

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

Integrace přes celý prostorový úhel poskytuje celkový průřez pro rozptyl pod libovolnými úhly:

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

V přítomnosti nepružných interakcí je celkový průřez součtem průřezů pro elastické a nepružné rozptyly. Pro každý typ (kanál) nepružných interakcí lze zavést samostatný efektivní průřez.

Diferenciální průřez reakce

Při průchodu cílem se částice tohoto druhu střetávají s částicemi tohoto druhu a vstupují do reakce , v důsledku čehož částice tohoto druhu vylétají z cíle . Označme jako počet částic typu nebo , které za 1 sec proletí prvkem plochy, který svírá nekonečně malý prvek prostorového úhlu . Efektivní průřez je množství . Rozdílový efektivní průřez je roven poměru efektivního průřezu k prostorovému prvku . Integrální efektivní průřez je , kde je celkový počet částic emitovaných za jednotku času z tenkého terče nebo . $jeden$ $2$ $1+2\rightarrow 3+4$ $3$ $čtyři$ $dN$ $3$ $čtyři$ $dS$ $d\Omega$ $d\sigma ={\frac {dN}{n_{1}v_{1}n_{2}V))$ ${\frac {d\sigma }{d\Omega }}={\frac {\frac {dN}{d\Omega }}{n_{1}v_{1}n_{2}V}}$ $\sigma =\int d\sigma =\int {\frac {d\sigma }{d\Omega }}d\Omega ={\frac {N}{n_{1}v_{1}n_{2 }PROTI}}$ $N$ $3$ $čtyři$

Jaderná fyzika

Efektivní průřez je široce používán v jaderné a neutronové fyzice k vyjádření pravděpodobnosti určité jaderné reakce , ke které dojde při srážce dvou částic.

Typický poloměr atomového jádra je asi 10–14 m , to znamená, že průřez jádra je asi 10–28 m² . Lze očekávat, že průřezy pro interakce částic s jádrem by měly mít přibližně stejnou hodnotu. Dostalo vlastní jméno - stodola - a obvykle se používá jako jednotka pro měření průřezu jaderných reakcí. Ve skutečnosti se však reakční průřezy mohou měnit ve velmi širokém rozmezí.

Pokud je poloměr jádra větší než de Broglieho vlnová délka dopadající částice (vysoké energie), pak je maximální průřez určen geometrickými rozměry jádra (πR²). V oblasti nízkých energií je naopak maximální průřez určen de Broglieho vlnovou délkou. Skutečné hodnoty průřezů mohou být mnohem menší než maximální, závisí na energii dopadajících částic, typu reakce, orientaci rotace částice atd.

Neutronové průřezy jader

Interakce mezi jádrem atomu a neutronem je základním kamenem jaderné technologie . Pravděpodobnost interakce mezi jádrem a neutronem se nazývá celkový průřez . Proces interakce může probíhat několika způsoby. Pravděpodobnost každého konkrétního schématu (jeho interakční průřez ) závisí na složení jádra a kinetické energii neutronu:

Elastický rozptyl, při kterém si jádro zachovává svou celistvost. Neutron a jádro mění svou kinetickou energii v souladu se zákony mechaniky. Pravděpodobnost takového scénáře charakterizuje průřez rozptylu .
Jaderná reakce, při které jádro pohltí neutron ( záchyt neutronů ). Jeho pravděpodobnost je charakterizována záchytným průřezem . Existuje mnoho scénářů důsledků záchytu neutronů, z nichž každý může být také charakterizován svým vlastním průřezem. Některá jádra se například po zachycení stanou nestabilními a rozpadají se. Tato pravděpodobnost je charakterizována štěpným průřezem .
Nepružný rozptyl , při kterém se jádro rozpadne pod dopadem neutronu.

živel	neutronový průřez, stodola
	převzetí		rozptylování
	tepelné neutrony	rychlých neutronů	tepelné neutrony	rychlých neutronů
C	0,0034	0,0001	4,75	0,619
Na	0,515	0,002	čtyři	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

Poznámky

↑ Širokov, 1972 , s. 630.

Literatura

Bilenky S. M. Rozptyl mikročástic // Physical Encyclopedia / Ed. A. M. Prochorov. - M . : Sovětská encyklopedie, 1992. - T. 4. - S. 271-273.
Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Jaderná fyzika. - M. : Nauka, 1972. - 670 s.

Odkazy

Efektivní průřezový článek z Velké sovětské encyklopedie .
Nukleární reakce – článek z Velké sovětské encyklopedie .

V bibliografických katalozích	BNF : 11951137r GND : 4190024-8 J9U : 987007533512405171 LCCN : sh85034281