Информатика
Проектирование
Геометрия
Алгебра
Курсовой
Графика
Электротехника
Задачи

Сопромат

Лабораторные
Методика
Физика
Чертежи
Энергетика
Математика
Реактор

Ядерная физика. Атомная энергетика

Фотоэффект.

Это процесс, при котором вся энергия падающего кванта hν передаётся связанному электрону. Его кинетическая энергия при вылете из атома Te = hν – I­i, где I­i – энергия связи той оболочки, на которой находится электрон. Энергию отдачи, полученную ядром при вылете электрона ,можно не учитывать, т.к. Tя << hν или Tя << Te. Фотоэффект всегда сопровождается либо характеристическим излучением, либо эффектом Оже, когда энергия возбуждения атома передаётся одному из его электронов, который и покидает атом.

Фотоэффект не может протекать на свободном электроне, т.е. свободный электрон не может поглощать свет. Покажем это. Предположим, что энергия γ-кванта и кинетическая энергия электрона малы по сравнению с собственной энергией электрона mc2. Электрон можно считать свободным, если на него не действуют силы со стороны других частиц. В этом случае он до поглощения γ-кванта двигался прямолинейно с некоторой постоянной скоростью , и имел кинетическую энергию  и количество движения . После поглощения γ-кванта с энергией hν и импульсом  он будет двигаться в другом направлении и с другой скоростью  (его кинетическая энергия и импульс станут  и ). Законы сохранения энергии и импульса для рассматриваемой системы

Указанные векторы образуют треугольник (рис. 10): Текущее техническое состояние Исследования, направленные на осуществление контролируемой термоядерной реакции, проводятся в США, СССР, Японии и в Европе. До настоящего времени условия поддерживаемой реакции, несмотря на достигнутые успехи, получены не были. Одна из конфигураций магнитного поля оказалась при этом многообещающей. Это так называемая конфигурация токамак

 

Рис.10. Схематическое изображение фотоэлектрического поглощения.

Угол Θ – между направлением распространения γ-кванта и первоначальным направлением движения электронов и заменив векторное уравнение для сохранения скалярным, получи

Разделив это уравнение на m и вычтя из него умноженное на 2 выражение для закона сохранения энергии, будем иметь

и сократив на hν, найдём

Если hν << mc2 , то  << 2. Т.о., отбросив первый член, получим

  или .

Т.к. v1 всегда меньше c, а CosΘ не может быть больше единицы, то в случае поглощения γ-кванта свободным электроном законы сохранения энергии и количества движения не могут быть одновременно выполнены. Вместе с тем эти законы универсальны, следовательно, свободный электрон не может поглотить γ-квант. Вычисления, основанные на теории относительности показывают, что полученный результат верен при любых энергиях γ-кванта и электрона.

Одновременно мы доказали, что верно и обратное утверждение: равномерно движущийся заряд не может испускать электромагнитное излучение.

Т.о. эффект происходит на связанных электронах. Вероятность эффекта увеличивается по мере приближения энергии фотона к энергии связи электрона с атомом. Для фотоэффекта важна относительная связанность электрона σ~J±i/hν. По мере увеличения энергии γ-кванта это отношение для электронов данной оболочки становится всё меньшею С другой стороны, если это отношение больше единицы , то γ-квант вообще не может электрон этой оболочки из атома и поглощение электронами этой оболочки вовсе не происходит. Т.о. зависимость коэффициента поглощения от энергии γ-квантов (начиная с сотен электрон-вольт) выглядит следующим образом:

Рис.11. Зависимость массового коэффициента поглощения в ходе фотоэффекта от энергии падающих фотонов.

Выноска 2 (без границы): hν 

В общем, поглощение быстро уменьшатся с возрастанием энергии. Однако каждый раз, как только энергия γ-квантов становится больше энергии, необходимой для ионизации электронов следующей более глубокой оболочки, поглощение скачком возрастает. После того как энергия γ-квантов стала больше энергии связи электронов К-оболочки, скачков больше не наблюдается. В этом случае γ-кванты (до 80%) поглощаются электронами К-оболочки, т.е. наиболее сильно связанными.

Рождение электронно-позитронных пар. При достаточно большой энергии γ-кванта становится возможным процесс, когда в одном акте взаимодействия возникают в поле какой-нибудь частицы (чаще всего ядра атома) электрон и позитрон, а квант при этом поглощается. Этот процесс около ядра происходит в области размером ~ комптоновской длины волны электрона.

Формула Резерфорда. Волны де Бройля. Опыты Хофштадтера. Формула Мотта. Форм-фактор. К заряженным частицам относятся электроны, протоны, дейтоны, a-частицы, положительные и отрицательные мезоны и гипероны, ядра (ионы) тяжелых элементов. Взаимодействие этих частиц с электронами, атомами, ядрами среды происходит через кулоновские, электромагнитные и ядерные силы. Поэтому число различных процессов взаимодействия достаточно велико. Основными механизмами взаимодействия заряженных частиц с веществом являются электромагнитное взаимодействие с электронами вещества (ионизация), а также внутриядерные взаимодействия с нуклонами ядра.



Курс электрических цепей

Радиосигналы
История искусства
Основы конструирования
Энергосбережение