Упругое рассеяние — это форма рассеяния частиц в теории рассеяния , ядерной физике и физике элементарных частиц . В этом процессе кинетическая энергия частицы сохраняется в системе центра масс , но направление ее распространения изменяется (за счет взаимодействия с другими частицами и/или потенциалами ), что означает, что две частицы при столкновении не теряют энергию. . [1] Более того, хотя кинетическая энергия частицы в системе центра масс постоянна, ее энергия в лабораторной системе отсчёта — нет. Обычно упругое рассеяние описывает процесс, в котором сохраняется полная кинетическая энергия системы. Во время упругого рассеяния субатомных частиц высокой энергии происходит линейная передача энергии (LET) до тех пор , пока энергия и скорость падающей частицы не снизятся до тех же, что и у ее окружения, после чего частица «останавливается».
Когда падающая частица, такая как альфа-частица или электрон , дифрагирует в кулоновском потенциале атомов и молекул , процесс упругого рассеяния называется резерфордовским рассеянием . Во многих методах дифракции электронов , таких как дифракция электронов высоких энергий на отражение ( RHEED ), дифракция трансмиссионных электронов (TED) и дифракция газовых электронов (GED), где падающие электроны имеют достаточно высокую энергию (> 10 кэВ), упругое рассеяние электронов становится Основная составляющая процесса рассеяния и интенсивность рассеяния выражаются как функция переданного импульса , определяемого как разность вектора импульса падающего электрона и вектора импульса рассеянного электрона.
Для частиц с массой протона и более упругое рассеяние является одним из основных способов взаимодействия частиц с веществом. При релятивистских энергиях протоны, нейтроны, ионы гелия и ионы HZE будут подвергаться многочисленным упругим столкновениям, прежде чем рассеяться. Это является серьезной проблемой для многих типов ионизирующего излучения , включая галактические космические лучи , солнечные протонные явления , свободные нейтроны в конструкции ядерного оружия и конструкции ядерных реакторов , конструкции космических кораблей и исследования магнитного поля Земли . При проектировании эффективной биологической защиты необходимо уделять должное внимание линейной передаче энергии частиц при их распространении через защиту. В ядерных реакторах длина свободного пробега нейтрона имеет решающее значение, поскольку на пути к медленному тепловому нейтрону он подвергается упругому рассеянию .
Помимо упругого рассеяния, заряженные частицы также подвергаются воздействию своего элементарного заряда , который отталкивает их от ядер и заставляет их путь искривляться внутри электрического поля . Частицы также могут подвергаться неупругому рассеянию и захвату в результате ядерных реакций. Протоны и нейтроны делают это чаще, чем более тяжелые частицы. Нейтроны также способны вызывать деление падающего ядра. Легкие ядра, такие как дейтерий и литий, могут объединяться в процессе ядерного синтеза .