Почему полное сечение взаимодействия больше для падающих частиц с меньшей энергией?

Поперечное сечение ядерного взаимодействия является мерой вероятности возникновения этого взаимодействия. Эти вероятности обычно представлены в терминах амбаров ( 10 − 28 м 2 ) в зависимости от энергии падающей частицы. Вы можете найти значения здесь с небольшим поиском. Вот пример:

введите описание изображения здесьРисунок 1: Полное сечение поглощения нейтронов 238 U

Я считаю, что общим правилом является то, что полное сечение взаимодействия уменьшается с увеличением энергии падающей частицы. Это явление ясно видно в показанном выше сечении поглощения нейтронов, потому что нет никаких осложнений от колумбового отталкивания.

В университете я так и не продвинулся в физике достаточно далеко, чтобы рассчитать эти значения. В аспирантуре я посещал курсы ядерной инженерии и использовал эти значения, но обсуждение их происхождения было поверхностным. Я понимаю, что пики соответствуют энергетическим уровням стабильных или метастабильных состояний ядра-мишени, но так и не понял:

почему полное сечение взаимодействия уменьшается с увеличением энергии налетающей частицы?

Я всегда представлял, что это квантовое явление, возникающее в результате повышенной локализации падающей частицы в направлениях, перпендикулярных траектории движения, из-за большей энергии. Верны ли были мои размышления?

Ответы (1)

В целом неверно, что «сечение ядерных взаимодействий [больше] для падающих частиц с меньшей энергией». Это зависит от типа реакции. Вы не указали тип реакции в своем заголовке, и хотя вы представили график, вы не сказали нам, какой это был тип реакции на графике, только то, что это было полное сечение поглощения. Поглощение чего? Нейтроны? Альфа-частицы? Это имеет значение.

Для положительно заряженных частиц, таких как альфа-частицы, сечение ядерных реакций (не кулоновского возбуждения) фактически равно нулю при энергиях намного ниже кулоновского барьера. Как только вы приближаетесь к кулоновскому барьеру, появляется некоторая заметная вероятность туннелирования, а поперечное сечение растет и становится значительным. При энергиях выше барьера она продолжает расти. Для альфа-частиц урана полное сечение будет просто увеличиваться в зависимости от энергии, постепенно приближаясь к пределу, равному геометрическому сечению. π ( р 1 + р 2 ) 2 (или что-то немного отличное от этого, потому что уран не совсем сферический). В этой ситуации длина волны де Бройля альфа-частицы пренебрежимо мала по сравнению с р 1 и р 2 .

Поскольку на опубликованном вами графике показаны большие сечения при очень низких энергиях, я предполагаю, что это для незаряженной частицы, вероятно, нейтрона. Причина, по которой поперечное сечение может быть выше при более низких энергиях, заключается в том, что нейтроны имеют большую длину волны при более низких энергиях, поэтому нейтрон представляет собой волновой пакет, покрывающий большое пространство.

Я должен был указать полное сечение взаимодействия для вопросов, так как я считаю, что оно, как правило, уменьшается с увеличением энергии падающей частицы. Мой график сечения поглощения нейтронов, вероятно, был плохим выбором, и я его изменю. Спасибо за комментарии и ваш последний абзац, который, кажется, подтверждает мою гипотезу.
Кроме того, по мере роста энергии увеличиваются сечения для физики элементарных частиц: pdg.lbl.gov/2009/reviews/rpp2009-rev-cross-section-plots.pdf fig40.10, стр. 11.
Почему полное сечение взаимодействия больше для падающих частиц с меньшей энергией?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v