给陶主管讲三个故事
26-06-30 00:11

【问答】
问:v1是电子能量等于氧16与质子聚变成氟17时释放的伽玛光子能量时的速度。v2是电子能量等于氟17与质子聚变成氖18时释放的伽玛光子能量时的速度。这两个速度分别是多少?

答:这次核反应路径在物理上是成立的(¹⁶O + p → ¹⁷F + γ,以及 ¹⁷F + p → ¹⁸Ne + γ)。

但关键是:这两个反应释放的伽马射线能量(即反应Q值)并不是固定常数,而是随入射质子能量变化的。 在质子能量很低(接近零)的极限下,伽马光子能量约等于反应的质量亏损对应的能量,即:

· v1 对应约 0.60 MeV(¹⁶O(p,γ)¹⁷F 的Q值 ≈ 0.60 MeV)
· v2 对应约 6.41 MeV(¹⁷F(p,γ)¹⁸Ne 的Q值 ≈ 6.41 MeV)

下面计算电子动能等于这两个能量时的速度(电子静止质量 m_0 c^2 = 0.511 \, \text{MeV} ,需使用相对论公式):

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对于 v1(动能 = 0.60 MeV)

总能量 E = 0.511 + 0.60 = 1.111 \, \text{MeV}

相对论因子 \gamma = E / (m_0 c^2) = 1.111 / 0.511 \approx 2.174

由 \gamma = 1 / \sqrt{1 - (v/c)^2} ,解得:

v \approx 0.888c \approx \mathbf{2.66 \times 10^8 \, m/s}

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对于 v2(动能 = 6.41 MeV)

总能量 E = 0.511 + 6.41 = 6.921 \, \text{MeV}

\gamma = 6.921 / 0.511 \approx 13.54

解得:

v \approx 0.9973c \approx \mathbf{2.99 \times 10^8 \, m/s}

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最终结果(近似值):

· v1 ≈ 2.66 × 10⁸ m/s(约光速的 88.8%)
· v2 ≈ 2.99 × 10⁸ m/s(约光速的 99.73%)

注:实际实验中的伽马能量会因入射质子动能而略高于上述Q值,但若只问“等于释放的伽玛光子能量”,通常指的就是Q值对应的能量,以上即为标准答案。

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