Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21"

Marika Jónás
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Spalláció Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

2 Definíció Atommagok nagyenergiás részecskével történő ütközése során másodlagos részecskéket létrehozó rugalmatlan kölcsönhatás Nagyenergiás: > 100 MeV/nukleon Kétlépcsős reakció 1. szint: magon beüli kaszkádjelenség nagyenergiás nukleonok, pionok a magon belül 2. szint: evaporáció, ezután a másodlagos részecskék újabb spallációs folyamatokat okoznak Rádl Attila Spalláció december / 21

3 Spalla cio folyamata Ra dl Attila Spalla cio december / 21

4 Atommagok ütközésének modellezése Sok nukleonból áll a mag, azonban csak néhány érintett az elsődleges ütközésben Elsődleges kölcsönhatás leírása transzportegyenletekkel Kaszkádjelenség modellezése Megoldás időfüggő átlagtérrel (BUU) vagy kétrészecske-potenciállal (QMD) Rádl Attila Spalláció december / 21

5 BUU modell Klasszikus fizikai alapok + Pauli-elv Dinamikai leírás: nukleonok egyrészecske fázistérbeli eloszlásfüggvénye ( t + p H r r H p ) f ( r, p, t) = t f ( r, p, t) + p E r f ( r, p, t) r U ( r, p) p f ( r, p, t) = I coll [f ( r, p, t)] m ( r, p) = m N + U ( r, p) E = m ( r, p) 2 + p 2 Az impakt paraméterre vonatkozó feltétel: b max = σ nn ( s)/π Rádl Attila Spalláció december / 21

6 QMD leírás A nukleonok fázistérbeli konfigurációja Gaussok kompozíciója f (n) ( r 1... r A, p 1... p A, t) = A 1 i=1 e ( r r (π ) 3 i (t)) 2 /2L e ( p p i (t)) 2 2L/ 2 V = 1 2! j,i j V ij = 1 2! j,i j fi ( r i, p i, t)f j ( r j, p j, t)v ( r i, r j )d 3 r i d 3 r j d 3 p i d 3 p j = 1 2! j,i j fi ( r i, p i, t)f j ( r j, p j, t)t 1 δ( r i r j )d 3 r i d 3 r j d 3 p i d 3 p j = j t 1 1 e ( r (4πL) 3/2 i r j )/4L Hamilton: H = A i=1 p 2 i 2m i + α 2ρ 0 A i,j i 1 (4πL) 3/2 e ( r i r j )/4L Állapotegyenlet ismeretében meghtározható az α paraméter Rádl Attila Spalláció december / 21

7 Spalláció és fisszió A két folyamat hasonló, de vannak különbségek Spalláció folyamán több neutron lép ki ( 30) kisebb energiabefektetéssel, valamint nagyobb energiájúak Kisebb energiájú fotonok keletkezése, nincsen láncreakció Rádl Attila Spalláció december / 21

8 Részecskekeltés Rádl Attila Spalláció december / 21

9 Atommagok energiaszintjei Gerjesztett állapot leírása Nukleonok fermionok fázistér állapotsűrűsége 0 hőmérsékleten: dn n,p dp = N n,p 3p2 (p n,p F )3 Fermi impulzus: p n,p F = [ ] N n,p 1/3 3h 3 V A 8π Atommag térfogata: V A = 4 3 R3 A π = 4 3 (r 0A 1/3 ) 3 π, ahol r 0 = 1.29fm Külső nukleonok potenciálja: V n,p = (pn,p F )2 2m n,p+e n,p bind Alacsonyenergiás részecskéknél (< 1GeV ) az elektrosztatikus hatást is e figyelembe kell venni: V C = 2 Z 4πɛ 0 r 0 1+A 1/3 Gerjesztési energia: U = E res E 0,res Tömeg: E 0,res = Z res m p + (A res Z res )m n E bind Rádl Attila Spalláció december / 21

10 Gerjesztési energia Rádl Attila Spalláció december / 21

11 Legerjesztődés és evaporáció Magon belüli kaszkádfolyamat után gerjesztett állapotú mag A gerjesztési energia a nukleonok között oszlik meg Kötési energiánál nagyobb lehet nukleonok távoznak Párolgási valószínűség: P j (E)dE = (2S j +1)m j π 2 3 σ inv ρ f (U f ) ρ i (U i ) EdE ρ(u) C exp(2 A/8U) megmutatja az energiaszintek sűrűségét egy adott gerjesztési energiánál U i = U és U f = U E Q j, ahol Q j a kilépéshez szükséges energia σ inv inverz hatáskeresztmetszet, töltötteknél a Coulomb-gát is számít P j (E)dE = (2S j +1)m j e σ 2 A/8(U E Q j ) π 2 3 inv e 2 EdE A/8U Rádl Attila Spalláció december / 21

12 Megmaradt nukleonok száma Rádl Attila Spalláció december / 21

13 Visszalökődés Rádl Attila Spalláció december / 21

14 Szürke és fekete részecskék Alacsony energiás másodlagos részecskék okozta intranukleáris kaszkád, evaporáció < 0.7 c sebességű könnyű részecskék Emulziókban gyakori (könnyű: H,C,N,O és nehéz: Ag,Br magok keveréke) Szürke: intranukleáris kaszkádfolyamat, β = , sgyszeresen töltött Fekete: evaporációból, β < 0.23, többszörösen is lehet töltött Rádl Attila Spalláció december / 21

15 Multiplicitás Rádl Attila Spalláció december / 21

16 Felhasználás Nagyintenzitású neutronnyalábok Radioaktív nyalábok, neutronban gazdag izotópok vizsgálata Kiterjedt minták vizsgálata Asztrofizika: spalláció, mint a nukleoszintézis egyik lépcsője Forró maganyag létrehozása Rádl Attila Spalláció december / 21

17 Létrehozható izotópok Rádl Attila Spalláció december / 21

18 Neutronnyaláb Töltött részecskék kiszűrése Rádl Attila Spalláció december / 21

19 Asztrofizikai vonatkozások Nukleoszintézisben a spalláció szerepe Kozmikus sugárzás kiindulási idejének meghatározása hosszú felezési idejű izotópokkal ( 10 Be, év) Rádl Attila Spalláció december / 21

20 Ke palkota s neutronokkal Ma s a hata skeresztmetszet fe mekre, mint a ro ntgen esete ben Ra dl Attila Spalla cio december / 21

21 Források Fenyvesi A: Spallációs és fragmentációs atommag-reakciók, Fizikai Szemle 59 (2009) 157 A. Ferrari: Cascade particles, nuclear evaporation, and residual nuclei in high energy hadron-nucleus interactions, Z.Phys. C70 (1996) J.-C. David: Spallation reactions. A successful interplay between modeling and applications, The European Physical Journal A 51:68 (2015) J. Benlliure: Spallation Reactions in Applied and Fundamental Research, The Euroschool Lectures on Physics with Exotic Beams, Vol. II pp Rádl Attila Spalláció december / 21

Hasonló dokumentumok

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Sugárzások és anyag kölcsönhatása Az anyaggal kölcsönhatásba lépő részecskék Töltött részecskék Semleges részecskék Nehéz Könnyű Nehéz Könnyű T D p - + n Radioaktív sugárzás + anyag energia- szóródás abszorpció