Вопрос школьника
Нейтрон сталкивается с неподвижным ядром атома водорода, атома углерода, атома свинца. Какую часть своей скорости потеряет нейтрон при ударе в каждом случае?
Ответ от учителя
При столкновении нейтрона с неподвижным ядром атома водорода происходит упругое рассеяние, то есть нейтрон отскакивает от ядра атома водорода без потери энергии. Следовательно, нейтрон не теряет скорости при ударе с неподвижным ядром атома водорода.
При столкновении нейтрона с неподвижным ядром атома углерода происходит неупругое рассеяние, то есть нейтрон передает часть своей энергии ядру атома углерода, а сам теряет часть своей скорости. Какую часть скорости потеряет нейтрон, можно рассчитать, используя закон сохранения энергии и импульса. При неупругом рассеянии энергия и импульс нейтрона и ядра атома углерода сохраняются, то есть:
1/2mv1^2 = 1/2mv2^2 + 1/2MV^2
mv1 = mv2 + MV
где m — масса нейтрона, v1 — его скорость до столкновения, v2 — его скорость после столкновения, M — масса ядра атома углерода.
Решая эти уравнения, можно получить, что нейтрон потеряет примерно 30% своей скорости при столкновении с неподвижным ядром атома углерода.
При столкновении нейтрона с неподвижным ядром атома свинца также происходит неупругое рассеяние, и нейтрон передает часть своей энергии ядру атома свинца, теряя при этом часть своей скорости. Однако, так как масса ядра атома свинца значительно больше, чем масса ядра атома углерода, то и потери скорости нейтрона будут больше. Рассчитать точное значение потери скорости нейтрона при столкновении с неподвижным ядром атома свинца можно аналогично, используя законы сохранения энергии и импульса.
