Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Столкновения частиц с сохранением кинетической энергии
Particle collisions conserving kinetic energy
Эластическое рассеяние — это форма рассеяния частиц в теории рассеяния, ядерной физике и физике частиц. В этом процессе внутренние состояния участвующих частиц остаются неизменными. В нерелятивистском случае, когда относительные скорости частиц значительно меньше скорости света, эластическое рассеяние означает, что полная кинетическая энергия системы сохраняется. При релятивистских скоростях эластическое рассеяние также требует, чтобы конечное состояние содержало такое же количество частиц, как и начальное, и чтобы эти частицы были одного и того же типа.
Elastic scattering is a form of particle scattering in scattering theory, nuclear physics and particle physics. In this process, the internal states of the particles involved stay the same. In the non relativistic case, where the relative velocities of the particles are much less than the speed of light, elastic scattering simply means that the total kinetic energy of the system is conserved. At relativistic velocities, elastic scattering also requires the final state to have the same number of particles as the initial state and for them to be of the same kind.
Рассеяние Ратфорд
Когда частица-инцидент, такая как альфа-частица или электрон, дифрагирует в кулоновском потенциале атомов и молекул, процесс эластичного рассеяния называется рассеянием Резерфорда. Во многих методах электронной дифракции, таких как дифракция быстрых электронов под скользящим углом (RHEED), просвечивающая электронная дифракция (TED) и газовая электронная дифракция (GED), где энергия падающих электронов достаточно высока (>10 кэВ), эластичное рассеяние электронов становится основным компонентом процесса рассеяния, а интенсивность рассеяния выражается как функция переноса импульса, определяемого как разность между вектором импульса падающего и рассеянного электронов.
When the incident particle, such as an alpha particle or electron, is diffracted in the Coulomb potential of atoms and molecules, the elastic scattering process is called Rutherford scattering. In many electron diffraction techniques like reflection high energy electron diffraction (RHEED), transmission electron diffraction (TED), and gas electron diffraction (GED), where the incident electrons have sufficiently high energy (>10 keV), the elastic electron scattering becomes the main component of the scattering process and the scattering intensity is expressed as a function of the momentum transfer defined as the difference between the momentum vector of the incident electron and that of the scattered electron.
Оптическое эластичное рассеяние
В томсоновском рассеянии свет взаимодействует с электронами (это предельный случай комптоновского рассеяния при низких энергиях). В рассеянии Рэлея среда, состоящая из частиц, размеры которых значительно меньше длины волны, рассеивает свет в боковом направлении. В этом процессе рассеяния энергия (и, следовательно, длина волны) падающего света сохраняется, изменяется лишь его направление. Интенсивность рассеяния в этом случае обратно пропорциональна четвертой степени обратной величины длины волны света.
In Thomson scattering light interacts with electrons (this is the low energy limit of Compton scattering). In Rayleigh scattering a medium composed of particles whose sizes are much smaller than the wavelength scatters light sideways. In this scattering process, the energy (and therefore the wavelength) of the incident light is conserved and only its direction is changed. In this case, the scattering intensity is inversely proportional to the fourth power of the reciprocal wavelength of the light.
Физика ядерных частиц
Для частиц с массой протона или больше, эластичное рассеяние является одним из основных способов взаимодействия частиц с веществом. При релятивистских энергиях протоны, нейтроны, ионы гелия и ионы HZE будут испытывать многочисленные эластичные столкновения до потери энергии. Это представляет серьезную проблему для многих видов ионизирующего излучения, включая галактические космические лучи, вспышки солнечных протонов, свободные нейтроны при проектировании ядерного оружия и ядерных реакторов, проектировании космических аппаратов и изучении магнитного поля Земли. При разработке эффективной биологической защиты необходимо уделять должное внимание передаче линейной энергии частицами при их прохождении через защитный материал. В ядерных реакторах критически важна средняя длина свободного пробега нейтрона, поскольку он подвергается эластичному рассеянию на пути к превращению в медленный тепловой нейтрон. Помимо эластичного рассеяния, заряженные частицы также испытывают влияние своего элементарного заряда, который отталкивает их от ядер и искривляет их траекторию в электрическом поле. Частицы также могут испытывать неэластичное рассеяние и захват в результате ядерных реакций. Протоны и нейтроны делают это чаще, чем более тяжелые частицы. Нейтроны также способны вызывать деление ядра-мишени. Легкие ядра, такие как дейтерий и литий, могут объединяться в процессе ядерного синтеза.
For particles with the mass of a proton or greater, elastic scattering is one of the main methods by which the particles interact with matter. At relativistic energies, protons, neutrons, helium ions, and HZE ions will undergo numerous elastic collisions before they are dissipated. This is a major concern with many types of ionizing radiation, including galactic cosmic rays, solar proton events, free neutrons in nuclear weapon design and nuclear reactor design, spaceship design, and the study of the Earth's magnetic field. In designing an effective biological shield, proper attention must be made to the linear energy transfer of the particles as they propagate through the shield. In nuclear reactors, the neutron's mean free path is critical as it undergoes elastic scattering on its way to becoming a slow moving thermal neutron. Besides elastic scattering, charged particles also undergo effects from their elementary charge, which repels them away from nuclei and causes their path to be curved inside an electric field. Particles can also undergo inelastic scattering and capture due to nuclear reactions. Protons and neutrons do this more often than heavier particles. Neutrons are also capable of causing fission in an incident nucleus. Light nuclei like deuterium and lithium can combine in nuclear fusion.