Physik A Teil 1: Mechanik - Physik-Institut - Universität Zürich

für die gesamte Zahl der gestreuten Neutronen 71 .
dN ✻
dT ′L m
Energieverteilung
von m
n+p
n+C
0 T L m
T ′L m
✲
Die Energieverteilung der Neutronen nach der Streuung dN
T ′L m
ist wegen der Energieerhaltung ebenfalls eine Kastenverteilung
mit der maximalen Energie Tm L und der minimalen Energie
T ′ L
m(min) = Tm L − T ′ L
M(A)(max).
Für m = M ist T ′ L
m(min) = 0 und für m = m(A) = 12 gilt
T ′ L
m(min) = (1 − 0.28)Tm.
L
Bei der Streuung an Bleikernen ist
T ′ L
M(Pb)(max) = 0.019 · Tm,
L d.h. es wird bei einer Streuung
kaum Energie übertragen und Blei ist ein ungeeignetes Material,
um Neutronen abzubremsen und damit abzuschirmen.
Zur Moderation und damit auch Abschirmung müssen deshalb Materialien mit einem
grossen Protonenanteil benutzt werden, wie Wasser oder Kohlenwasserstoffverbindungen.
Moderierte und damit niederenergetische Neutronen lassen sich leicht in Kernen, die eine
starke Resonanzabsorption (wie Cadmium) haben, absorbieren und damit abschirmen 70 .
8.6.5 Coulombpotential
b
.
einfallende Intensitat " I
=Teilchen / Flache " . Zeit
db
Periapsis
Streuzentrum Z', M=∞
10 7 dN(ϑ)
10 6 dΩ
10 5 α-Au Streuung , Geiger et al.
Quelle RaC E α =7.69 MeV
10 4
1
10 3
Fit ∝
sin 4 ϑ/2
10 2
10 1
ϑ
0 60 120 180
Die elastische Streuung eines
geladenen Teilchens Z
Detektor mit ∆Ω mit der Energie E im Coulombpotential
eines zweiten
Teilchens Z ′ kann klassisch
Asymptote völlig analog zur Billardkugelstreuung
behandelt werden.
Bei einem vorgegebe-
ϑ
nen Stossparameter b ist die
dϑ
Trajektorie des gestreuten
Teilchens und damit auch
der Streuwinkel ϑ = f(b) fest durch eine Hyperbel Gl. (56)
gegeben, die Exzentrizität ǫ und der Parameter p müssen
nur mit den Werten der Coulombwechselwirkung identifiziert
werden. Man erhält dann mit einer kurzen Rechnung
(Details vgl. Physik III) für die Winkelverteilung im
Schwerpunktsystem in exzellenter Übereinstimmung mit
dem Experiment 72
dN(ϑ)
dΩ
= N ◦
( ZZ ′ e 2
2E
) 2
1
4 sin 4 (ϑ/2)
Rutherford’s Streuformel.
Das Experiment von H.Geiger und E.Marsdon mit Rutherford’s Interpretation war die
Geburtsstunde der Kernphysik. Es zeigte, dass das Atom aus einem schweren aber sehr
kleinen Kern besteht und nicht nur aus einer Wolke von Elektronen, da die α-Teilchen bis
zu 180 ◦ zurückgestreut werden.
71 Dies ist das Integral
T ′L M(A) (max) ∫
72 H.Geiger, E.Marsdon, Phil.Mag. 25(1913)604
0
=
N ◦
T ′L (max)dT ′ L
M(A) = N ◦
M(A)
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