Αιιειεπηδξάζεηο θνξηηζκέλωλ ζωκαηηδίωλ κε ηελ ύιε Ειαζηηθέο θξνύζεηο Αλειαζηηθέο θξνύζεηο Αθηηλνβνιία (Bremsstrahlung, Cherenkov)

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Αιιειεπηδξάζεηο θνξηηζκέλωλ ζωκαηηδίωλ κε ηελ ύιε Ειαζηηθέο θξνύζεηο Αλειαζηηθέο θξνύζεηο Αθηηλνβνιία (Bremsstrahlung, Cherenkov)"

Ανθούσα Παπανικολάου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Σύγρξνλε Φπζηθή Αιιειεπηδξάζεηο θωηνλίωλ κε ηελ ύιε Φωηνειεθηξηθό θαηλόκελν Φαηλόκελν Compton Δίδπκε Γέλεζε Αιιειεπηδξάζεηο θνξηηζκέλωλ ζωκαηηδίωλ κε ηελ ύιε Ειαζηηθέο θξνύζεηο Αλειαζηηθέο θξνύζεηο Αθηηλνβνιία (Brmsstrahlung, Chrnkov) 1

2 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φφηοηλεκηρικό Φαινόμενο Τν θωηόλην απνξξνθάηαη πιήξωο από ην ειεθηξόλην Εθπέκπεηαη ειεθηξόλην κε ελέξγεηα = γ θ (Έξγν Εμαγωγήο) Δεδνκέλνπ όηη έλα ειεθηξόλην δελ κπνξεί λα απνξξνθήζεη έλα θωηόλην θαη ηαπηόρξνλα λα δηαηεξείηαη ε νξκή, ην θωηνειεθηξηθό θαηλόκελν πξαγκαηνπνηείηαη ζε δέζκηα ειεθηξόληα θαη ν ππξήλαο ηνπ αηόκνπ απνξξνθά ηελ νξκή αλάθξνπζεο Σπλήζωο όιε ε ελέξγεηα ηνπ θωηνλίνπ κεηαθέξεηαη ζην πιηθό M L K γ =hf Εθπέκπεηαη κε ελέξγεηα = γ -θ

3 Σύγρξνλε Φπζηθή Αθηηλνβνιία κειαλνύ ζώκαηνο Φωηνειεθηξηθό θαηλόκελν Σωκαηηδηαθή θύζε ηνπ θωηόο Τν θαηλόκελν απηό αλαδεηθλύεηαη αθόκε πεξηζζόηεξν θαηά ηελ ζθέδαζε αθηίλωλ Φ 3

4 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σκέδαζη ακηίνφν Χ Καηά ηελ ζθέδαζε αθηίλωλ Φ, παξαηεξείηαη αιιαγή ηνπ κήθνπο θύκαηνο ηεο αθηηλνβνιίαο Κπκαηηθή αλαπαξάζηαζε Σωκαηηδηαθή αλαπαξάζηαζε 4

5 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαινόμενο Compton Φαινόμενο Compton (Παραηηρήθηκε ηο 194) Η αιιειεπίδξαζε ελόο θωηνλίνπ κε έλα ειεύζεξν (ραιαξά δέζκην ειεθηξόλην) Μέξνο ηεο ελέξγεηαο κεηαθέξεηαη ζην ειεθηξόλην ην νπνίν ζθεδάδεηαη ζε γωλία Φ Τν θωηόλην, πνπ ράλεη κέξνο ηεο ελέξγεηάο ηνπ ζθεδάδεηαη ζε γωλία ζ (δε ράλεηαη) γ =hλ γ =hλ 0 ζ Φ T 5

6 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton Αληρλεπηήο Πεγή Σθεδαδόκελα θωηόληα ζ Πξνζπίπηνληα θωηόληα Σηόρνο 6

7 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton Αξρή Δηαηήξεζεο Ελέξγεηαο Αξρή Δηαηήξεζεο Οξκήο (1) () 7

8 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton Αληηθαζηζηώληαο: Πνιιαπιαζηάδνληαο κε c θαη θάλνληαο ηηο απαινηθέο: 8

9 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton Η πξνεγνύκελε έθθξαζε κπνξεί λα γξαθεί θαη ωο 1 (1 cos ) m c Γηα ζ=0, Ε γ = Ε γ Γηα ζ = π min 1 m c Καη ε ελέξγεηα ηνπ ειεθηξνλίνπ θπκαίλεηαη κεηαμύ 0 θαη Ε γ Ε γmin 9

10 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton - Ελεξγόο δηαηνκή Η ελεξγόο δηαηνκή γηα ην θαηλόκελν Compton ήηαλ κία από ηηο πξώηεο πνπ ππνινγίζηεθαλ κε ηελ Κβαληηθή Ηιεθηξνδπλακηθή (QD) θαη δίλεηαη από ηελ έθθξαζε Klin-Nishina 10

11 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton - Παξαδείγκαηα Πεγή αθηίλωλ γ εθπέκπεη θωηόληα ελέξγεηαο MV. Πόζε είλαη ε κέγηζηε ελέξγεηα πνπ κπνξεί λα ιάβεη ην ειεθηξόλην; (Δεδνκέλνπ όηη ην ειεθηξόλην ζα απνξξνθεζεί από ην πιηθό, απηή ζα είλαη θαη ε κέγηζηε ελέξγεηα πνπ ζα ελαπνηεζεί ζην πιηθό ιόγω θαηλνκέλνπ Compton, αλ ην θωηόλην δηαθύγεη κεηά ηε ζθέδαζε) min 1 m c 3 Άξα max = Ε γ Ε γ min = γ /3 11

12 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton - Παξαδείγκαηα Πνηα είλαη ε ρακειόηεξε ελέξγεηα πνπ κπνξεί λα έρεη έλα θωηόλην γηα λα είλαη δπλαηόο ν δηπιαζηαζκόο ηνπ κήθνπο θύκαηόο ηνπ; ι = ι Ε = Ε/ min 1 m c 1 m c mc hc 15 8 hc m m 6 m c nm 1

13 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton - Παξαδείγκαηα Αθηίλα ρ ζπγθξνύεηαη κε αθίλεην ειεθηξόλην. Τν ηειηθό κήθνο θύκαηνο ηνπ θωηνλίνπ είλαη nm, θαη ε ηειηθή ηαρύηεηα ηνπ ειεθηξνλίνπ 8.6 x 10 7 m/s α) Πνην ήηαλ ην κήθνο θύκαηνο ηνπ θωηνλίνπ πξηλ ηε ζύγθξνπζε; β) Καηά πνηα γωλία ζθεδάζηεθε ην θωηόλην; c f m / s m ' ' ' ' hf mc mc hf ( 1) mc 0 Hz h = x V s mc =0.511 MV ( ) MV 0.30MV ι = nm 13

14 Σύγρξνλε Φπζηθή: Φαηλόκελν Compton - Παξαδείγκαηα (ζπλέρεηα) β) Καηά πνηα γωλία ζθεδάζηεθε ην θωηόλην; 1 (1 cos ) m c (1 cos ) 1 m c cos

15 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σφμαηιδιακή θύζη θφηός - Παξαδείγκαηα Έλαο ξαδηνζηαζκόο έρεη ζπρλόηεηα 89.3 MHz θαη εθπεκπόκελε ηζρύ 43 kw. Πόζα θωηόληα εθπέκπεη αλά δεπηεξόιεπην; Ο ζηαζκόο εθπέκπεη 43 x 10 3 J αλά δεπηεξόιεπην Κάζε θωηόλην πνπ εθπέκπεηαη έρεη ελέξγεηα: hf ( J s)( Hz) J Ο αξηζκόο ηωλ θωηνλίωλ αλά δεπηεξόιεπην είλαη επνκέλωο 7.6 x 10 9 θωηόληα /s 15

16 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σφμαηιδιακή θύζη θφηός - Παξαδείγκαηα Μηα ζεξκηθή ιάκπα 100 W εθπέκπεη θωο κε απόδνζε 3%. Έζηω όηη ην κήθνο θύκαηνο εθπνκπήο είλαη ζηα 500 nm. Έζηω όηη όιε ε θωηεηλή αθηηλνβνιία εζηηάδεηαη ζε κηα θόια καύξν ραξηί όπνπ θαη απνξξνθάηαη. Πόζε είλαη ε δύλακε πνπ αζθείηαη ζην ραξηί; 16

17 Σύγρξνλε Φπζηθή: Δίδσμη Γένεζη Δίδσμη γένεζη είλαη ε δηαδηθαζία παξαγωγήο ελόο δεύγνπο + - από έλα θωηόλην Γηα λα είλαη δπλαηή ε αιιειεπίδξαζε απηή, ζα πξέπεη ε ελέξγεηα ηνπ θωηνλίνπ λα μεπεξλά ην πνζό ηωλ 1.0 MV (δύν κάδεο ειεθηξνλίνπ) θαη επηπιένλ γηα ηε δηαηήξεζε ηεο νξκήο λα πξαγκαηνπνηεζεί κε ηελ παξνπζία ελόο άιινπ ζώκαηνο (ζπλήζωο θάπνηνπ ππξήλα) β - γ > m 0 c γ β + γ 17

18 Σύγρξνλε Φπζηθή: Δίδπκε Γέλεζε 18

19 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σσνολική Ενεργός Διαηομή αλληλεπίδραζης θφηονίφν 1 barn = 10-8 cm 19

20 Σύγρξνλε Φπζηθή: Ανίτνεσζη θφηονίφν I x = I 0 xp(-μx) Στήμα - Οι γραμμικοί ζσνηελεζηές αλληλεπίδραζης (μ) για ηο NaI ζσναρηήζει ηης ενέργειας ηης γ-ακηινοβολίας. 0

21 Σύγρξνλε Φπζηθή: Αλίρλεπζε θωηνλίωλ 1

22 Σύγρξνλε Φπζηθή: Αλίρλεπζε θωηνλίωλ κπύζηαλλορ ζπινθηπιζμών ππωηογενήρ ακηίνα γ αδιαθανέρ κάλςμμα θωηόνιο ζπινθηριζμού δεσηερογενές - ηλεκηπόνια θωηοκάθοδορ δςναμικό επιηάσςνζηρ ππορ δςνόδοςρ : δύνοδοι πλέγμαηα ηλεκηποδίων εζηίαζηρ άνοδορ ζήμα εξόδος Φωηνπνιιαπιαζηαζηήο

23 Σύγρξνλε Φπζηθή: Αλίρλεπζε θωηνλίωλ 3

24 Σύγρξνλε Φπζηθή: Αλληλεπίδραζη θορηιζμένφν ζφμαηιδίφν με ηην ύλη Ειαζηηθέο ζθεδάζεηο κε ππξήλεο Αλειαζηηθέο ζθεδάζεηο κε ειεθηξόληα Αθηηλνβνιία Brmsstrahlung Αθηηλνβνιία Chrnkov Ππξεληθέο Αιιειεπηδξάζεηο Αιιαγή ζηε δηεύζπλζε Απώιεηα ελέξγεηαο, Ινληζκόο Απώιεηα ελέξγεηαο Μηθξή Απώιεηα ελέξγεηαο Σπάληεο, απνξξόθεζε 4

25 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σκέδαζη θορηιζμένφν ζφμαηιδίφν με πσρήνες ζηην ύλη 5

26 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σκέδαζη θορηιζμένφν ζφμαηιδίφν με ηλεκηρόνια ζηην ύλη Υπνινγηζκόο d dx Κιαζηθόο ππνινγηζκόο ηεο ώζεζεο πνπ δέρεηαη ην dt I Fdt dt dx Αιιά από ην λόκν ηνπ Gauss dx v dx bdx 4Z dx Z b επνκέλωο ( b) I m Z m v b d( b) ( b) N dv 4Z m v N db b dx 6

27 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σθέδαζε θνξηηζκέλωλ ζωκαηηδίωλ κε ειεθηξόληα ζηελ ύιε Οινθιεξώλνληαο ηελ πξνεγνύκελε έθθξαζε d dx 4Z m v N ln b b max min Τα όξηα ζηελ παξάκεηξν θξνύζεο πξνθύπηνπλ από ηελ θαηά κέηωπν θξνύζε b min Z m v θαη ην γεγνλόο όηη ε θξνύζε πξέπεη λα δηαξθεί «ιίγν» ζε ζρέζε κε ηελ «πεξίνδν» θίλεζεο ηνπ ειεθηξνλίνπ b max v επνκέλωο d dx 4Z m v N 3 mv ln Z 7

28 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σθέδαζε θνξηηζκέλωλ ζωκαηηδίωλ κε ειεθηξόληα ζηελ ύιε Κβαληνκεραληθόο ππνινγηζκόο Bth-Bloch Υυηλή ενέργεια Χαμηλή ενέργεια ~ lnγ ~ 1/β Ελάτιζηο γ 3 8

29 Σύγρξνλε Φπζηθή: Σθέδαζε θνξηηζκέλωλ ζωκαηηδίωλ κε ειεθηξόληα ζηελ ύιε Αιιά, ν ππνινγηζκόο Bth-Block εθηηκά ηε κέζε ηηκή ηεο ελεξγεηαθήο απώιεηαο όρη ηελ πην πηζαλή ηηκή ηεο Καηανομή Landau 9

30 Σύγρξνλε Φπζηθή: Αλληλεπίδραζη ηλεκηρονίφν με ηην ύλη Φαηλόκελν αληίζηνηρν κε ηε δίδπκε γέλεζε Σε αληίζεζε κε ηελ απώιεηα ελέξγεηαο ιόγω ηνληζκνύ απμάλεη γξακκηθά κε ηελ ελέξγεηα ηνπ ζωκαηηδίνπ Αθηηλνβνινύκελε ηζρύο ~α Αληηζηξόθωο Αλάινγε ηεο m Όπνπ ζηηο νξηαθέο πεξηπηώζεηο 30

31 Σύγρξνλε Φπζηθή: Ηλεκηρομαγνηηικοί καηαιγιζμοί 31

32 Σύγρξνλε Φπζηθή: Αλληλεπίδραζη θορηιζμένφν ζφμαηιδίφν με ηην ύλη 3

Σχετικά έγγραφα

Δξωηήζεηο ζεωξίαο Πνηεο ελδηαθέξνπζεο ζεωξίεο δηαηππώζεθαλ γηα ηε θύζε ηνπ θωηόο;

Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Δξωηήζεηο ζεωξίαο Πνηεο ελδηαθέξνπζεο ζεωξίεο δηαηππώζεθαλ γηα ηε θύζε ηνπ θωηόο; Οη αξραίνη Έιιελεο πίζηεπαλ όηη ην θωο πνπ εθπέκπεη ν Ήιηνο θαη νη δηάθνξεο θωηεηλέο πεγέο, απνηειείηαη