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1、物理学中具有里程碑意义实验 现代物理前沿 散 射,1976丁肇中分别发现J粒子年获诺贝尔奖。,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
2、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,h,h,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,1,2,3,返回,退出,加速器,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、3.5GeV增强器,22GeV同步加速器,1000GeV e+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：1000 GeV 周长: 27 km,2.对撞机组成示意,北京正负电子对撞机,图218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。,1,2,3,返回,
4、退出,对撞机,正电子,电子,1011eV,1011eV,对撞机模拟环境：温度是太阳表面温度的41011倍宇宙诞生的最初的10-19秒,KEK,Japan,Brookhaven Natl Lab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。,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(Stanford Linear Accelerator Center，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
5、差(deflection)和分裂(disruption)。,核电起步,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,m1,m2,Attention:,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
6、,e1,非弹性碰撞,推导,压缩阶段,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,e+ + e-,相对论性质能转换过程,质心坐标系中：正负电子湮没发出两条平行反向的射线,实验室坐标系中：由于正负电子湮没对动量0，正负电子湮没在运动过程中进行,因此会产生多普勒效应,能量守恒,电子能量,光子能量,动量守恒,电子对
7、动量,光子动量,沿光子发射方向动量,逆光子发射方向动量,例一.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,m,M,解:,第一阶段,碰撞过程,碰后,质心,质点,动量守恒,下一阶段的 初始条件,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,y,x,demonstration,第一次,第二次,第k次,令k=n,能量守恒,动量守恒,康普顿效应,康普
8、顿公式,康普顿波长,Summary:,刚体碰撞点的绝对速度,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,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:,c,A,B,D,散射中靶粒子初始静止,Discussion:,m1 m2,C,A,B,D,1,ACCD,2,B点变化范围,m1 m2,A点在圆外,A,B,C,D,m1= m2,A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,
9、微分散射截面,一.基本概念,x,y,z,o,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,一.基本概念,瞄准距离S,S,S,S,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,S,S,O,z,x,y,z,y,x,z,demonstration,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,S,r,m,demonstration,demonstra
10、tion,rmin的确定,近日点:,变量变换,一粒子被球形势井散射,证明:,V=,0 ra,-V0 ra,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)=,ra,0,r a,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,m,M,demonstration,C系中的图象,demonstration,入射粒子,靶粒子,散射前,散射后,入射粒子
11、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,E0,Discussion:,当,入射粒子能量全部传给靶粒子,235U,n,n,n,235U,235U,裂变能 n + 235U X + Y+ E 200 MeV,核能从何而来,爱因斯坦质能关系式： Emc2 裂变反应： 燃烧1千克铀-235相当于2700吨标准煤 大270万倍,核电站,三. 散射截面关系,总截面,与坐标系无关,
