УскорителиДетекторы частиц
Взаимодействие частиц с веществом
Для анализа результатов различных экспериментов, важно знать какие процессы происходят при взаимодействии частицы с веществом мишени. Регистрация частиц также происходит в результате их взаимодействия с веществом детектора.
Взаимодействие частиц с веществом зависит от их типа, заряда, массы и энергии. Заряженные частицы ионизируют атомы вещества, взаимодействуя с атомными электронами. Нейтроны и гамма-кванты, сталкиваясь с частицами в веществе, передают им свою энергию, вызывая ионизацию за счет вторичных заряженных частиц. В случае гамма-квантов основными процессами, приводящими к образованию заряженных частиц являются фотоэффект, эффект Комптона и рождение электрон-позитронных пар. Взаимодействие частиц зависит от таких характеристик вещества как плотность, атомный номер вещества, средний ионизационный потенциал вещества.
Каждое взаимодействие приводит к потере энергии частицей и изменению траектории её движения. В случае пучка заряженных частиц с кинетической энергией Е проходящих слой вещества их энергия уменьшается по мере прохождения вещества, разброс энергий увеличивается. Пучок расширяется за счет многократного рассеяния.
Между проходящей в среде частицей и частицами вещества (электронами, атомными ядрами) могут происходить различные реакции. Как правило их вероятность заметно меньше, чем вероятность ионизации. Однако реакции важны, в тех случаях, когда взаимодействующая с веществом частица является нейтральной. Например, нейтрино можно зарегистрировать по их взаимодействию с электронами вещества детектора или в результате их взаимодействия с нуклонами ядра. Нейтроны регистрируются по протонам отдачи или по ядерным реакциям, которые они вызывают.
Тяжелые заряженные частицы - протоны,
альфа-частицы, мезоны и др.
Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют главным образом с электронами атомных оболочек, вызывая ионизацию атомов. Максимальная энергия, которая может быть передана в одном акте взаимодействия тяжелой частицей, движущейся со скоростью v << с, неподвижному электрону, равна
Емакс = 2mev2.
Проходя через вещество, заряженная частица совершает десятки тысяч соударений, постепенно теряя энергию. Тормозная способность вещества может быть охарактеризована величиной удельных потерь dE/dx. Удельные ионизационные потери представляют собой отношение энергии Е заряженной частицы, теряемой на ионизацию среды при прохождении отрезка х, к длине этого отрезка. Удельные потери энергии возрастают с уменьшением энергии частицы (рис.1) и особенно резко перед ее остановкой в веществе (пик Брэгга).
ДаноU = 380 ВI =20 Am = 1 т =1000 кгH = 50 мt = 50 снайти кпдРЕШЕНИЕесли считать, что движение равномерное, то полезная механическая работа A =F*H =mg*Hполная электрическая работа Ao = U*I*tкпд = A /Ao = mg*H / U*I*t = 1000*10*50 / (380*20*50) = 1.31 (131%)такого КПД не бываетзначит равноускоренное движениеH = v0*t +at^2/2 = at^2/2ускорение a =2H/t^2тогда сила F =ma = m*2H/t^2полезная механическая работа A =F* H =m*2H/t^2*H =m*2*(H/t)^2полная электрическая работа Ao = U*I*tкпд = A /Ao = m*2*(H/t)^2 / U*I*t =m*2*H^2 /(U*I*t^3) = 1000*2*50^2 / (380*20*50^3) = 0.00526 (0.5%)*** очень низкий КПД - прикольноОТВЕТ 0.5