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碰撞理論
鎖定
碰撞理論研究的是粒子間的一種相互作用。力學理論基礎是動量守恆定律和能量守恆定律。粒子多種多樣使碰撞理論分為:原子的碰撞、等離子體的碰撞等等。同屬於粒子間的相互作用的還有:輕原子核的聚合、正負電子的湮沒、荷電π介子的衰變、中子的beta衰變、核子N與π介子的相互作用、光子gamma與電子e-的散射等。
每個物體的各自動能發生不連續變化的過程稱作物理碰撞,簡稱碰撞。例如,電子槍發射的高速電子與原子核外電子之間的相互作用。其中,軔致輻射應該是沒有發生碰撞的,所以動能變化是連續的。而,如果電子在原子核外電子電場力的作用下減速後,還具有充足的動能,就會把原子的內層電子碰撞出軌道。碰撞過程的每個電子的各自動能的變化是不連續的。
物理化學研究的是二者兼有的相互作用。
- 中文名
- 碰撞理論
- 外文名
- collision threory
- 應用學科
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物理學(化學
物理化學)
碰撞理論粒子碰撞
碰撞理論粒子分裂
利用動量守恆和能量守恆定律可以得到一系列關於各種力學過程特性的結論。特別重要的是,這些性質完全不依賴於粒子間具體的相互作用形式。
粒子分裂研究的是粒子自動、沒有外力作用分裂成兩個組成部分的問題,分裂後兩個粒子獨立運動。
能量為正時反應才可能發生。由此可以確定動量
的大小,兩個粒子的速度分別為:
碰撞理論彈性碰撞
其中
是矢量。
碰撞理論粒子散射
設有一束實驗粒子,相對於靶心的速度為
,粒子數密度為
,定義粒子流強
,表示單位時間內,通過垂直於粒子流方向的單位面積的粒子數。選取球座標系,設極軸(z軸)與入射粒子運動方向一致,靶粒子位於座標原點
。單位時間內,流強為
的粒子流被一個
類粒子散射後,通過立體角元
的
類粒子數
正比於流強
和立體角元
:
其中,
是單位時間內通過立體角元
的粒子數。
稱為微分散射截面,但其實是一個比例係數。這裏的
和
都是泛指粒子的類型,而不是特指
粒子和
粒子。這是因為這個比例係數是和實驗粒子、散射中心粒子的類型有關的。
如果不考慮完全反彈粒子,那麼微分散射截面在散射中心粒子身上,只取決於這個粒子的上面一小部分,和下面一小部分。
“單位面積”不同於“微分”。平面和球面的單位面積一定是相同的,但是微分可以不同。
根據立體角元微分:
因為所求的是立體角元
通過的粒子數,而立體角元
是對球面有意義的,因此應該認為
是單位面積,那麼
一定比單位面積小,而且一定等於單位面積的
倍。
因此,通過球面單位面積的粒子數,一定就等於通過平面單位面積的粒子數的
倍。這個比值就稱為“微分散射截面”。
碰撞理論原子的碰撞
碰撞理論等離子體的碰撞
另一方面,散射中心對德拜球內的所有帶電粒子同時發生相互作用,因此,等離子體中帶電粒子的相互作用一般是多體相互作用,而不像中性粒子之間的碰撞是二體。當然,當碰撞參數很小時,所觀察的兩個帶電粒子的相互作用,可以近似地忽略其他帶電粒子存在的影響,近似地看成二體碰撞。對於一般多體碰撞,在一定近似下,也可以看成一系列無關的二體碰撞的疊加。
碰撞理論正負電子的湮沒
在什麼條件下,才能夠實現狄拉克理論所預言的電子-正電子對呢?正能態能級和負能態能級之間存在着
的間距。為了產生電子對,必須讓真空吸收能量大於
的光子,這樣,“負能電子海”中一個電子激發越過禁區,跳到正能態能級區,表現為一個正能量的電子
,同時留下的電子“空穴”則表現為一個帶正電荷的正電子
。綜合上述,發生瞭如下的過程:
條件是“原子核場中”。
反過來講,如果電子海中有一個空位(即有一個正電子),那麼正能態電子(即電子),就能夠跳到這個空位上去,並放出能量和大於
的光子。伴隨着光子的產生,電子對消失了。正負電子相遇,可以轉變為兩個
光子,記作
。
碰撞理論輕原子核的聚合
括號中的數字代表粒子攜帶的能量。這四個反應的總結果可以看做是6個氘核聚合成兩個
並放出兩個質子和兩個中子,同時釋放出
能量的過程,即
碰撞理論粒子的相互作用
粒子的相互作用包括:
(1)
衰變
(2)中子
衰變
(3)
彈性散射
(4)
散射