Statistische Mechanik: Freie Neutronen in Gas

02/12/2011 - 02:40 von Ralf . K u s m i e r z | Report spam
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Moin!

Mal eine Frage an die weisen Physiker:

Wenn schnelle Neutronen als paralleles Bündel in ein Gas geschossen
werden, dann werden sie durch elastische Stöße mehr oder weniger
abgelenkt, d. h. das Strahlenbündel wird sich rotationssymmetrisch
aufweiten.

Was passiert, wenn in dem Gas

a) ein Dichtegradient
b) ein Temperaturgradient

vorhanden ist?

Wird das Strahlenbündel dann immer noch symmetrisch aufgeweitet, oder
wird sein Zentrum abgelenkt, also der Strahl gewissermaßen "gebeugt"
wie das Licht bei der atmosphàrischen Refraktion, und falls, dann in
welche Richtung: zur dichteren/dünneren bzw. kàlteren/wàrmeren
Gasseite hin (und wieviel)?

Zweiter Punkt - Gravitationseffekt

In der Erdatmosphàre fallen die Moleküle im Schwerefeld, sind also
tendentiell unten schneller als oben, was quantitativ ziemlich genau
dem Temperaturgradienten in der adiabatischen Atmosphàrenschichtung
entspricht. Im Ein-Teilchen-Modell könnte man sich vorstellen, daß ein
Molekül zwischen zwei waagerechten planparallelen Platten stàndig auf-
und abreflektiert wird. Wegen der Geschwindigkeitsverteilung hàlt sich
das Molekül dabei im Mittel weiter oben bei den niedrigeren
Geschwindigkeiten lànger auf als weiter unten bei den höheren (obwohl
dieser Effekt wegen der kleinen freien Weglàngen sicher winzig ist).
Kann diese gravitationsbedingte Geschwindigkeitsverteilung der
Moleküle waagerecht hindurchfliegende Neutronen auch noch in
vertikaler Richtung ablenken, oder ist das durch die evtl. Wirkung von
Dichte- und Temperaturgradienten aus der ersten Teilfrage bereits
beschrieben?

Fallen Neutronen eigentlich herunter? Wenn Neutronen "naß werden",
also in feuchte Luft (Wolken) geraten, dann werden sie durch
elastische Stöße mit Protonen moderiert und thermalisiert.

Und dann? Fallen sie dann wieder auf den Boden herunter, oder geht das
aufgrund der Diffusion nur unmerklich langsam? (Wegen ihrer kleinen
Masse sind thermische Neutronen wesentlich schneller als "gewöhnliche"
Luftmoleküle und bewegen sich mit mittleren Geschwindigkeiten von ca.
2 km/s - ihre Temperatur nimmt deswegen bei einer Abwàrtsbewegung auch
weniger stark zu als die eines schwereren Gases, d. h. aufwàrts
bewegen sich warme Neutronen in eine kàltere Atmosphàre und werden
dementsprechend gekühlt, wàhrend abwàrts kalte Neutronen in wàrmere
Luftschichten geraten und dadurch tendientiell aufgeheizt werden. Da
die Streuquerschnitte von der Relativgeschwindigkeit abhàngen, könnten
sie durch diesen Mechanismus auch höhenabhàngig werden.)

Da die Energie eines Teilchens im Schwerefeld proportional seiner
Masse ist, sollte der atmosphàrische Temperaturgradient simplerweise
annàhernd konstant (lineare Temperaturabnahme mit der Höhe) und
proportional zur Molmasse sein.

(<http://physics.stackexchange.com/qu...clouds>)


Gruß aus Bremen
Ralf
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphàre Autor bißchen Ellipse Emission
gesamt hàltst Immission interessiert korreliert korrigiert Laie
nàmlich offiziell parallel reell Satellit Standard Stegreif voraus
 

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#1 Marcel Müller
02/12/2011 - 16:28 | Warnen spam
Hallo,

On 02.12.2011 02:40, Ralf . K u s m i e r z wrote:
Was passiert, wenn in dem Gas

a) ein Dichtegradient
b) ein Temperaturgradient

vorhanden ist?

Wird das Strahlenbündel dann immer noch symmetrisch aufgeweitet, oder
wird sein Zentrum abgelenkt, also der Strahl gewissermaßen "gebeugt"
wie das Licht bei der atmosphàrischen Refraktion, und falls, dann in
welche Richtung: zur dichteren/dünneren bzw. kàlteren/wàrmeren
Gasseite hin (und wieviel)?



Die Dichte geht logischerweise ein, und damit auch die Temperatur.
Die Streuwahrscheinlichkeit steigt mit der Dichte, die Streurichtung ist
aber unabhàngig davon. Die in Richtung geringerer Dichte gestreuten
Neutronen haben eine größere freie Weglànge vor sich. Genügt Dir das?


Zweiter Punkt - Gravitationseffekt

In der Erdatmosphàre fallen die Moleküle im Schwerefeld, sind also
tendentiell unten schneller als oben, was quantitativ ziemlich genau
dem Temperaturgradienten in der adiabatischen Atmosphàrenschichtung
entspricht. Im Ein-Teilchen-Modell könnte man sich vorstellen, daß ein
Molekül zwischen zwei waagerechten planparallelen Platten stàndig auf-
und abreflektiert wird. Wegen der Geschwindigkeitsverteilung hàlt sich
das Molekül dabei im Mittel weiter oben bei den niedrigeren
Geschwindigkeiten lànger auf als weiter unten bei den höheren (obwohl
dieser Effekt wegen der kleinen freien Weglàngen sicher winzig ist).



Womit wir beim Punkt wàren. Das Modell des Parabelflugs beschreibt die
Realitàt hier sehr unzureichend.

Kann diese gravitationsbedingte Geschwindigkeitsverteilung der
Moleküle waagerecht hindurchfliegende Neutronen auch noch in
vertikaler Richtung ablenken, oder ist das durch die evtl. Wirkung von
Dichte- und Temperaturgradienten aus der ersten Teilfrage bereits
beschrieben?



Darüber kann man jetzt Diskutieren, nur ist bei einem /schnellen/
Neutron der Impulsübertrag durch die Eigengeschwindigkeit der
Kollisionspartner bei Gas in handelsüblichen Temperaturskalen sowas von
vernachlàssigbar. Anders sieht es bei thermischen Neutronen aus.


Fallen Neutronen eigentlich herunter? Wenn Neutronen "naß werden",
also in feuchte Luft (Wolken) geraten, dann werden sie durch
elastische Stöße mit Protonen moderiert und thermalisiert.



Das werden sie auch in trockener Luft.


Und dann? Fallen sie dann wieder auf den Boden herunter, oder geht das
aufgrund der Diffusion nur unmerklich langsam?



Wieso sollten sie schneller fallen als alles andere, was sich da so
tummelt? Die Erdbeschleunigung ist für alle gleich. Wenn, dann gibt es
den Effekt, der die schwereren Teilchen nach unten schafft, weil sie
langsamer sind.


(Wegen ihrer kleinen
Masse sind thermische Neutronen wesentlich schneller als "gewöhnliche"
Luftmoleküle und bewegen sich mit mittleren Geschwindigkeiten von ca.
2 km/s - ihre Temperatur nimmt deswegen bei einer Abwàrtsbewegung auch
weniger stark zu als die eines schwereren Gases, d. h. aufwàrts
bewegen sich warme Neutronen in eine kàltere Atmosphàre und werden
dementsprechend gekühlt, wàhrend abwàrts kalte Neutronen in wàrmere
Luftschichten geraten und dadurch tendientiell aufgeheizt werden. Da
die Streuquerschnitte von der Relativgeschwindigkeit abhàngen, könnten
sie durch diesen Mechanismus auch höhenabhàngig werden.)



Jetzt wird es mir dann doch etwas zu schràg.


Marcel

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