Сечение

    Сечение - величина, определяющая вероятность перехода системы взаимодействующих частиц в определенное конечное состояние. Величина сечения σ равна отношению числа таких переходов в единицу времени I к числу частиц, падающих на мишень в единицу времени I₀ отнесенное к количеству частиц мишени в единице площади n

Сечение имеет размерность площади. Обычно используется единица барн или ее производные - 1 барн = 10^-24 см², 1 миллибарн = 10^-3 б, 1 микробарн = 10^-6 б.

    Различным процессам соответствуют различные величины сечений. Экспериментально измерения сечений позволило получить информацию о структуре сталкивающихся частиц, понять механизмы их взаимодействия.
    Эксперименты по упругому рассеянию альфа-частиц на ядрах золота позволили Резерфорду обнаружить атомное ядро. Эксперименты по рассеянию электронов на ядрах, нейтронах и протонах позволили определить их размеры и распределение в них электрического заряда и магнитного момента. В результате многочисленных экспериментов по рассеянию различных частиц были исследованы механизмы протекания ядерных реакций.

    Величина сечения реакции зависит от типа и энергии частиц и характера их взаимодействия.

1. Сечения упругого рассеяния нейтронов с энергией ~10 МэВ на атомных ядрах.
   σ(n,n) ≈ 0.1 барн.
   Реакция происходит в результате сильного взаимодействия между нейтроном и ядром.
2. Сечения радиационного захвата тепловых нейтронов (E_n ~ 1 эВ) атомными ядрами вблизи резонанса.
   σ(n,γ) ≈ 10⁶ барн.
   Эта реакция также происходит в результате сильного взаимодействия. Из сравнения (1) и (2) видно, как сильно сечение зависит от энергии и характера взаимодействия.
3. Сечения фотоядерных реакций на атомных ядрах в области гигантского дипольного резонанса (~10 МэВ)
   σ(γ,n) ≈ 10^-3 барн.
   Реакция происходит в результате электромагнитного взаимодействия.
4. Сечение реакции слабого взаимодействия под действием реакторных нейтрино (E_ν ~ 1МэВ)
   σ(νn → e^-p) ≈ 10^-20 барн = 10^-44 см².

    Длина свободного пробега L характеризует среднюю величину пробега частицы между соударениями

L = (nσ)^-1,

где n - число рассеивающих центров в 1 см³ вещества, σ - величина сечения реакции. Длина свободного пробега в случае реакции под действием нейтрино с энергией ~1МэВ

νn → e^-p

L = 10⁴⁴ см^-2·10^-22 см³ =10²² см.

То есть в веществе с обычной плотностью нейтрино с энергией ~ 1 МэВ имеют длину свободного пробега, превышающую расстояние от Земли до Солнца в 10⁹ раз.

17.05.10