Нобелевская премия по физике (1921 г.)



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Нобелевская премия по физике (1921 г.)



«За заслуги перед Теоретической Физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта »

 

Альберт Эйнштейн (Albert Einstein, 1879 - 1955)


Нобелевская премия по физике (1923 г.)

«За работы по элементарному заряду электричества и фотоэлектрическому эффекту»

 

Роберт Милликэн (Robert Andrews Millikan, 1868 - 1953)


Интересный факт

Милликэн долго не мог смириться с тем, что эвристическая гипотеза Эйнштейна о фотонах оказалась верной, т.к. это противоречило волновой природе света. Кроме того, он продолжал верить в «эфир», даже признавая, что СТО и ОТО Эйнштейна очень успешно объясняют «иначе необъяснимые» явления.


Атомный ФЭ

Фотоэффект на атоме сопровождается либо ХРИ, либо Оже-процессом.


Ключевой момент для понимания физики ФЭ:

 

свободный электрон не может поглотить фотон!

Действительно, записывая законы сохранения энергии и импульса для процесса поглощения фотона свободным электроном в системе отсчета, где перед поглощением электрон покоится, получим:


E


m c2c               ,


     e

p
   p


 p E c ,


E


0.


       e              

 

 


 

Таким образом, чем слабее связан электрон в атоме, тем меньше вероятность ФЭ и наоборот. Значит можно ожидать, что:

(1) вероятность ФЭ для K-оболочки больше, чем для L-оболочки и т.д.;

(2) чем больше Z, тем вероятнее фотоэффект;

(3) с ростом E вероятность ФЭ падает.


 

σp.e.

 

 

IM       IL                                  IK            E

 

 

Рис. Качественный вид зависимости сечения ФЭ от энергии -кванта. Резкие скачки наблюдаются при энергиях, равных потенциалам ионизации электронных оболочек атома вещества.


Теория атомного ФЭ

В рамках КЭД можно аналитически вычислить сечение ФЭ для атома водорода или водородоподобного иона с зарядом Z << 137.

В нерелятивистском случае (E<< m ec 2):


dσ              I


4

 exp  4 arcctg 


a       Ze2m


27 a2  

                                                                                                                             


 n e 2


a 0 ; 


   e  .


d           E 


1 exp  2 


  Z         p e  


 

 

n – направление импульс фотоэлектрона; e – вектор поляризации фотона.

 


 

Если E


I (т.е. η  ):


29  2

o 


a2


29  2


a2

   0  .


                                                                                                                         

3             3               Z 2

Если m ec 2 >> E>> I (т.е. η << 1):

7                                                     7


28


I 2


28


I   2


2m c2


o    a2   

                                                           


a2Z 5 0      I


Z 2I ;I


   .


3      E     3   0      E   


0  0            2 


                         


E=150 эВ; E – вектор поляризации фотона; kph и ke – импульсы фотона и электрона.

 


В ультрарелятивистском случае (E-I >> m ec 2):

 


1


β2  3


    e2                                  


e
dσ 4Z 54r 2


2      2 3


dd


r e


m c2 2,82 Фм  .


1 β             e             

 

 

Таким образом, угловое распределение имеет острый максимум при θ~1/

 ( - Лоренц-фактор), т.е. фотоэлектроны испускаются преимущественно в направлении падения фотона. Полное сечение есть

 

o 2 Z 54r 2 1 .

e γ

 

 

Отношение сечений фотоэффекта для разных электронных оболочек:

 

 


1 σ  1

L  , M  

                                                                          


o σ


5

4
 σ .


σK  5 σL   4


tot               X           K

X


Основные выводы теории ФЭ

• Сечение ФЭ ~ Z 5;

• Сечение ФЭ падает с ростом E:

~ (1/E) 7/2, если E > IK;

~ 1/E, если E >> IK;

• Сечение ФЭ на 80% определяется ФЭ на K-оболочке.


 
Ядерный ФЭ (ЯФЭ)

Под ЯФЭ понимают реакции под действием - квантов типа (,n), (,p), (,α) и т.п. Впервые ЯФЭ наблюдался английским физиком Чедвиком и американским физиком Гольдхабером в 1934


г.:


  d


p n


(W d


2, 2 МэВ).


 

 

 


 

 
Джеймс Чедвик (James Chadwick, 1891 – 1974)


Морис Гольдхабер (Maurice Goldhaber, р.1911)


Основные свойства ЯФЭ

• Порог ЯФЭ определяется энергией связи нуклона: E~ 6-10 Мэв;

• Сечение ЯФЭ ~Z;

• Для легких ядер (A < 100) фотоядерные реакции отщепления нуклона (нейтрона или протона) идут через составное ядро  угловое распределение нуклонов изотропно;

• Для тяжелых ядер (A > 100) угловое распределение нейтронов изотропно (т.е. механизм составного ядра), а протоны вылетают под углом ~ 90° (механизм составного ядра не работает);

• Относительный выход протонов ~ 10 -2 по сравнению с выходом нейтронов, однако он ~ 100 раз больше, чем предсказывает боровская теория составного ядра (т.е. работает прямой механизм –

вырывание периферийных протонов).


 
 

 

Реакция (Е ) ,  рез МэВ Г, МэВ σmax, мбарн
  19,2 4,7 20
  17,5 6,0 108
  15,0 6,0 820
  13,0 6,0 1800

 

 

В области E~ 10-20 МэВ для всех ядер наблюдается очень широкий резонанс (Г ~ 3-6 МэВ) в сечении фотопоглощения – гигантский резонанс. Приближенно экспериментальная зависимость имеет вид: (Е) рез~ A -1/5 МэВ.



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.231.230.177 (0.036 с.)