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。1935年J.Chadwick，英國物理學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)了中子獲得諾貝爾獎。1908年E.Rutherford，英國物理學(xué)家提出了原子的核式模型獲得諾貝爾獎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。。1927康普頓發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)獲諾貝爾物理學(xué)獎歐洲大型強(qiáng)子對撞機(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，如同行星繞太陽轉(zhuǎn)動一樣。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樱@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。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)獎粲-t工廠同步輻射工廠高增益自由電子激光裝置散裂中子源和ADS直線對撞機(jī)國際合作核技術(shù)產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)束和慢正電子XFEL北京正負(fù)電子對撞機(jī)走向明天123返回退出加速器三、對撞機(jī)近幾十年，加速器的能量每10年提高一個(gè)量級，加速器的尺寸由數(shù)米增加到數(shù)十公里。600MeV,e+e-直線加速器加速環(huán)3.5GeV增強(qiáng)器22GeV同步加速器1000GeVe+e-對撞機(jī)美國的LEP加速器是目前能量最高的加速器：最高能量：1000GeV周長:27km2.對撞機(jī)組成示意北京正負(fù)電子對撞機(jī)圖21—8是北京正、負(fù)電子對撞機(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，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)線送至儲存環(huán)，正、負(fù)電子束流在儲存環(huán)內(nèi)以相反轉(zhuǎn)向運(yùn)動，并加速至2.2GeV，然后在對撞點(diǎn)對撞。123返回退出對撞機(jī)正電子電子1011eV1011eV對撞機(jī)模擬環(huán)境：溫度是太陽表面溫度的4×1011倍宇宙誕生的最初的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(jié)果碰撞時(shí)產(chǎn)生的高熱火球，行為類似黑洞。PositronAnnihilatione++e-

RelativistieMass-EnergyConversionMatterandantimattercanannihilatee+e-ANNIHILATIONPARTICLE未來新能源正電子火箭

美國斯坦福大學(xué)的斯坦福直線加速器中心(StanfordLinearAcceleratorCenter，簡稱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)略我國已建、在建及擬建核電站目前，我國核電裝機(jī)容量681.4萬千瓦，占總裝機(jī)容量的1.36%第四章經(jīng)典散射§1.

碰撞的特征及分類動力學(xué)特征時(shí)間極短不考慮位移相互作用沖量很大動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)量守恒碰撞的分類碰撞的后果彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞相對速度方向正碰相對速度方向與公法線一致斜碰相對速度方向與公法線不一致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斜碰正碰法線方向切線方向法線方向切線方向物體光滑物體非光滑剛體的碰撞解決碰撞問題的注意點(diǎn)恢復(fù)系數(shù)e正確應(yīng)用質(zhì)心的平動繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動質(zhì)心的平動繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動例一.一粒子被球形勢井散射,畫出粒子出射方向V=邊界處勢場突變切線方向動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:圓盤恰好呈水平狀落地mMdemonstration解:第一階段碰撞過程碰后質(zhì)心質(zhì)點(diǎn)動量守恒圓環(huán)受到?jīng)_量下一階段的初始條件碰撞點(diǎn)絕對速度和方向!!!第二階段圓環(huán)質(zhì)心作平拋運(yùn)動圓環(huán)繞質(zhì)心勻速轉(zhuǎn)動落地時(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)的絕對速度投影到碰撞方向沖量大小應(yīng)由質(zhì)心動量改變量計(jì)算沖量對剛體作用的效果沖量矩應(yīng)對質(zhì)心而言代數(shù)量能量守恒動量守恒康普頓效應(yīng)入射光子散射光子反沖電子光子動量

康普頓公式康普頓波長能量守恒動量守恒正負(fù)電子湮沒輻射的多普勒展寬譜PP由能量守恒：正負(fù)電子的質(zhì)量由動量守恒：因?yàn)檎娮愉螞]時(shí)動量和能量均很小沿發(fā)射方向逆發(fā)射方向沿光子發(fā)射方向的動量正負(fù)電子質(zhì)心總動量沿光子發(fā)射方向的動量逆光子發(fā)射方向的動量定量討論碰撞前碰撞后質(zhì)量守恒動量守恒碰撞過過程中動能損失動能損失等于兩體相對動能損失對彈性碰撞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井散射,證明:V=0r>a

-V0

r>a

邊界處勢場突變法線方向動量守恒散射角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解:對盧瑟福散射§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:絕對速度相對質(zhì)心速度絕對速度相對質(zhì)心速度絕對速度相對質(zhì)心速度絕對速度相對質(zhì)心速度對彈性碰撞設(shè)靶M散射前靜止Discussion:當(dāng)當(dāng)對彈性碰撞設(shè)靶M散射前靜止二.

能量關(guān)系L系C系對彈性散射m=M入射粒子動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核能從何而來愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式：