经典散射讲稿2007(2)

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／ψ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，如同行星绕太阳转动一样。pONHe1117814742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。中子发现物质能量密度（焦耳/kg）TNT4.7106裂变(100%)7.11013聚变(100%)7.51014正电子1.81017e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XFELFELroadmapatDESY204060801001201401601802004006008001000ElectronBeamEnergy[MeV]FELWavelength[nm]400800Proof-of-PrincipleforSASEintheVUV2008PhaseII2010SoftX-rays:100-6nmUserfacilityX-rayUserFacility:~6nm-0.1nm,2012SaturationXX--FELroadmapatIHEPFELroadmapatIHEP北京正负电子对撞机走向明天123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3.5GeV增强器22GeV同步加速器1000GeVe+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：1000GeV•周长:27km2.对撞机组成示意北京正负电子对撞机图21—8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。123返回退出对撞机正电子电子1011eV1011eV对撞机模拟环境：温度是太阳表面温度的4×1011倍宇宙诞生的最初的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(StanfordLinearAcceleratorCenter，简称SLAC)所建造的粒子加速器美国斯坦福大学的斯坦福直线加速器中心(StanfordLinearAcceleratorCenter，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差(deflection)和分裂(disruption)。中国科学院高能物理研究所35MeV质子直线加速器的加速腔核电起步05001000150020002500300035004000450099年00年01年02年03年04年05年10年20年0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%3.50%4.00%4.50%核电装机容量（万千瓦）占总装机容量比例%资料来源:中电联、中信建投证券研究所整理核电装机容量及占比趋势“十五”“适当发展核电”“十一五”“积极发展核电”核电战略我国已建、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%核电站容量MW并网日期秦山一期30091.12大亚湾-190093.8大亚湾-290094.2秦山二-160002.2岭澳-198402.4岭澳-298402.11秦山三-172002.12秦山三-272003.6秦山二-260004.3田湾－110606.5厂址容量预计并网日期江苏田湾-2106万千瓦06年底秦山二期扩建2台共130万千瓦2011年岭澳扩建2台共200万千瓦2010年浙江三门2台共200万千瓦2010年后广东阳江2台共200万千瓦2010年后规划项目容量（万千瓦）浙江三门健挑6*100浙江三门扩瑭山4*100广东阳江6*100广东台山腰古6*100大连温垛子4*100山东烟台海阳6*100山东乳山红石顶6*100江苏连云港田湾8*100福建惠安6*100合计5200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m1m21v2v1u2u22112211umumvmvm压缩冲量恢复冲量2112vvuueAttention:公式中的量均为代数量!!!恢复系数正碰碰前:21vv碰后:21uue=1弹性碰撞e=0完全非弹性碰撞e1非弹性碰撞2112vvuue推导压缩阶段公共速度V设压缩冲量I1)1...()()(22111vVmvVmIV)1...()()(22111vVmvVmI212111mIvmIVVv)2...()()(22112VumVumI恢复阶段设恢复冲量I2222121mImIVuVu212111mIvmIVVv)(2111211mmIvv222121mImIVuVu)(2121211mmIuu211212vvuuIIe斜碰正碰法线方向切线方向1u2u法线方向nnnnumumvmvm22112211nnnnvvuue2112切线方向物体光滑ttttuvuv2211物体非光滑ttttumumvmvm221122111v2v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质心冲量定理绕质心的转动相对质心冲量矩定理cvmIdtJdMIMdt例一.一粒子被球形势井散射,画出粒子出射方向0vV=amar0arV01v0v2va边界处势场突变切线方向动量守恒sinsin10mvmvsinsin12mvmv21sinsinvvEmvVmv220212121mVEv)(201mEv22nEVvv0211sinsin等效折射率湮没多普勒展宽谱和eee++e-相对论性质能转换过程2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'202hhcm电子能量光子能量动量守恒chchpL'电子对动量电子动量光子动量沿光子发射方向动量chh)(逆光子发射方向动量chh)(cEchpL2)(2LcpE21湮没多普勒展宽谱和ee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:)1(82)3(emgrMmv圆盘恰好呈水平状落地vmMu'v解:第一阶段碰撞过程碰后质心u质点'v动量守恒)1...('mvMumv相对质心冲量矩定理IvMcIuM)0()2...(212MrIr)3...()'()(vvrue221MrMur)4...(2ru'mvMumv)5...(3)1(mMemvu)6...()3()1(2rmMemv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2t)7...()1(4)3(emvrMm)8...()1(4)3(emvgrMmgtvcy)6...()3()1(2rmMemvMgrIMvMuIMuccyc222222121212121)1(82)3(emgrMmv)8...()1(4)3(emvgrMmgtvcy)1(4)3(emvrMmt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:nectgctge1)1(恢复系数vyxkukvdemonstration),kvkku速度分别为(点,设第K次碰撞在Ak1k1kt历经时间为0cos21211KKktgtv)1......(cos21gvtkKk所需时间T从原点O到Ak)2......(.......321kkttttT)2......(cos(2)1......210gvvvvk向的速度..第k次碰撞前y方第二次,......分别表示第一次,1,......2,1,0kvvvvsin0vv第一次)sin(001vvesin1evv第二次sin22vev)(0012vve....................................第k次)(001kkvvesin1vevkk)3......(cos1(sin2)1......32geeeevTkk)4......(cos)1()1(sin2geevTkk令k=n2sin21cosnnnTgvTAo0nectgctge1)1()3(cos2202222220222chchchmv)1(2200mchcmhv能量守恒2)v(00mechech动量守恒)4()(2)cos1(2)1(020024202242hcmhcmccmv康普顿效应)3()1()cos1(00cmhcc)(2)cos1(2)1(020024202242hcmhcmccmv2/1220)/1(cmmv2sin2)cos1(200cmhcmh康普顿公式0康普顿波长nmmCmhc31201014.21014.2Summary:刚体碰撞点的绝对速度2112vvuue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cVmIdtJdMcIMdt代数量定量讨论碰撞前绝对速度2211vmvm212211mmvmvmcv相对质心速度)(2211umum)(2121相对速度uuvvu21211mmumcvvu21122mmumcvvu碰撞后绝对速度'2'2'1'1vmvm'2'1'2'2'1'1'mmvmvmcv相对质心速度)('2'2'1'1umum)('2'1'2'1'相对速度uuvvu