Secțiune transversală eficientă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 6 iunie 2021; verificările necesită 2 modificări .

Secțiune transversală eficientă
$\ \sigma$
Dimensiune	$L^{2}$
Unități
SI	m 2
GHS	cm 2
Note
Unitate în afara sistemului : hambar \u003d 10 -28 m 2 \u003d 10 -24 cm 2

Secțiunea transversală efectivă este o mărime fizică care caracterizează probabilitatea tranziției unui sistem de două particule care interacționează la o anumită stare finală, o caracteristică cantitativă a ciocnirilor de particule dintr-un flux incident pe o țintă cu particule țintă. Este utilizat pe scară largă în fizica atomică și nucleară în studiul împrăștierii fasciculelor de particule pe ținte [1] .

Secțiunea transversală efectivă are dimensiunea ariei . Vizual, această valoare poate fi reprezentată ca o sumă condiționată a secțiunilor transversale ale particulelor care alcătuiesc ținta. Când iradiază această țintă cu un flux uniform, particulele care alcătuiesc fluxul trebuie să cadă în această secțiune transversală. Particulele care „dor” nu vor lua parte la canalul de interacțiune luat în considerare.

Definiție

Secțiunea transversală efectivă este definită ca raportul dintre numărul de interacțiuni pe unitatea de timp pentru un flux de particule de un fel cu o densitate , care zboară cu o viteză incidentă pe o țintă constând din particule de un fel cu o densitate și un volum de particule , la densitatea fluxului și la numărul de particule din țintă : $N$ $unu$ $n_{1}$ $v_{1}$ $2$ $n_{2}$ $V$ $n_{1}v_{1)$ $n_{2}V$

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

O astfel de secțiune transversală caracterizează, de exemplu, procesul de absorbție (a unui neutron sau a unui foton ) cu suficientă completitudine. Din secțiunea transversală de absorbție cunoscută și densitatea centrelor de absorbție , se poate calcula coeficientul de absorbție al particulelor de tip 1 din materialul țintă: $n_{2}$ $\mu$

\mu =n_{2}\sigma .

Secțiune transversală de împrăștiere diferențială

În cazul împrăștierii fasciculului de particule elastice, particulele împrăștiate sunt emise în unghiuri diferite în raport cu direcția impulsului particulei incidente. O descriere detaliată a acestui proces oferă secțiunea transversală efectivă diferențială , a cărei definiție, în loc de numărul total de interacțiuni pe unitatea de timp, include diferența dintre numărul de interacțiuni pe unitatea de timp , ca urmare a căreia o particule de tip 1 a dobândit impuls cu direcția în elementul unghi solid ( ): $\left({\mathrm {d} \sigma \over \mathrm {d} \Omega }\right)$ $\mathrm {d} N$ $\mathrm {d} \Omega$

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

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

Integrarea peste unghiul solid complet dă secțiunea transversală totală , pentru împrăștiere în orice unghi:

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

În prezența interacțiunilor inelastice, secțiunea transversală totală este suma secțiunilor transversale pentru împrăștierile elastice și inelastice. Pentru fiecare tip (canal) de interacțiuni inelastice, poate fi introdusă o secțiune transversală efectivă separată.

Secțiune transversală diferențială a reacției

Când trec prin țintă, particulele de acest fel se ciocnesc cu particule de acest fel și intră într-o reacție , în urma căreia particulele de acest fel zboară din țintă . Se notează numărul de particule de tipul sau , care în 1 sec zboară printr-un element al suprafeței care subtinde un element infinit de mic al unghiului solid . Secțiunea transversală efectivă este cantitatea . Secțiunea transversală efectivă diferențială este egală cu raportul dintre secțiunea transversală efectivă și elementul unghiular solid . Secțiunea transversală efectivă integrală este , unde este numărul total de particule emise pe unitatea de timp de la o țintă subțire sau . $unu$ $2$ $1+2\rightarrow 3+4$ $3$ $patru$ $dN$ $3$ $patru$ $dS$ $d\Omega$ $d\sigma ={\frac {dN}{n_{1}v_{1}n_{2}V))$ ${\frac {d\sigma {d\Omega }}={\frac {\frac {dN}{d\Omega}}{n_{1}v_{1}n_{2}V}}$ $\sigma =\int d\sigma =\int {\frac {d\sigma }{d\Omega }}d\Omega ={\frac {N}{n_{1}v_{1}n_{2 }V}}$ $N$ $3$ $patru$

Fizică nucleară

Secțiunea transversală efectivă este utilizată pe scară largă în fizica nucleară și neutronică pentru a exprima probabilitatea ca o anumită reacție nucleară să apară atunci când două particule se ciocnesc.

Raza tipică a unui nucleu atomic este de aproximativ 10 -14 m , adică secțiunea transversală a nucleului este de aproximativ 10 -28 m² . Se poate aștepta ca secțiunile transversale pentru interacțiunile particulelor cu nucleul să aibă aproximativ aceeași valoare. A primit propriul nume - hambar - și este de obicei folosit ca unitate pentru măsurarea secțiunii transversale a reacțiilor nucleare. Cu toate acestea, de fapt, secțiunile transversale de reacție pot varia într-un interval foarte larg.

Dacă raza nucleului este mai mare decât lungimea de undă de Broglie a particulei incidente (energii mari), atunci secțiunea transversală maximă este determinată de dimensiunile geometrice ale nucleului (πR²). În regiunea energiilor joase, secțiunea transversală maximă este determinată, dimpotrivă, de lungimea de undă de Broglie. Valorile reale ale secțiunilor transversale pot fi mult mai mici decât cele maxime, depind de energia particulelor incidente, tipul de reacție, orientarea spinurilor particulelor etc.

Secțiuni transversale de neutroni ale nucleelor

Interacțiunea dintre nucleul unui atom și neutron este piatra de temelie a tehnologiei nucleare . Probabilitatea interacțiunii dintre nucleu și neutron se numește secțiune transversală totală . Procesul de interacțiune poate avea loc în mai multe moduri. Probabilitatea fiecărei scheme specifice ( secțiunea transversală de interacțiune a acesteia ) depinde de compoziția nucleului și de energia cinetică a neutronului:

Imprăștire elastică, în care miezul își păstrează integritatea. Neutronul și nucleul își schimbă energia cinetică în conformitate cu legile mecanicii. Probabilitatea unui astfel de scenariu caracterizează secțiunea transversală de împrăștiere .
O reacție nucleară în care nucleul absoarbe un neutron ( captură de neutroni ). Probabilitatea sa este caracterizată de secțiunea transversală de captare . Există multe scenarii pentru consecințele captării neutronilor, fiecare dintre acestea putând fi, de asemenea, caracterizat prin propria sa secțiune transversală. De exemplu, unele nuclee după capturare devin instabile și se descompun. Această probabilitate este caracterizată de secțiunea transversală de fisiune .
Imprăștire inelastică , în care nucleul se rupe sub impactul unui neutron.

element	secțiune transversală de neutroni, hambar
	preluări		împrăștiere
	neutroni termici	neutroni rapizi	neutroni termici	neutroni rapizi
C	0,0034	0,0001	4,75	0,619
N / A	0,515	0,002	patru	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

Note

↑ Shirokov, 1972 , p. 630.

Literatură

Bilenky S. M. Scattering of microparticles // Physical Encyclopedia / Ed. A. M. Prohorov. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1992. - T. 4. - S. 271-273.
Shirokov Yu. M. , Yudin N. P. Fizica nucleară. - M. : Nauka, 1972. - 670 p.

Link -uri

Secțiune transversală eficientă - articol din Marea Enciclopedie Sovietică .
Reacții nucleare - articol din Marea Enciclopedie Sovietică .

În cataloagele bibliografice	BNF : 11951137r GND : 4190024-8 J9U : 987007533512405171 LCCN : sh85034281