10.1.6. С помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле индукции $B$, наблюдают упругое рассеяние $\alpha$-частиц на ядрах дейтерия. Найдите начальную энергию $\alpha$-частицы, если радиус кривизны начальных участков траекторий ядра и $\alpha$-частицы после расссеяния оказался равным $R$. Обе траектории лежат в плоскости, перпендикулярной индукции магнитного поля.
Решение
Частицы после столкновения движутся по круговым траекториям в плоскости, перпендикулярной магнитному полю $B$ под действием силы Лоренца. Запишем второй закон Ньютона:
$$q\upsilon B=m\frac{\upsilon^{2}}{r}$$
Отсюда радиус траектории:
$$r=\frac{m\upsilon}{qB}$$
Модуль импульса частицы $p=m\upsilon$ можно выразить из последней формулы:
$$p=qBr$$
При упругом рассеянии на покоящемся дейтерии cохраняются импульс и энергия. Запишем массы и заряды $\alpha$-частицы и ядра дейтерия. $\alpha$-частица это два протона и два нейтрона. Поскольку массы протона и нейтрона практически одинаковы, то масса $\alpha$-частицы будет равна четырём массам протона, а заряд будет равен удвоенному заряду электрона: $m_{\alpha}=4m_{p}$ и $q_{\alpha}=2e$.
Ядро дейтерия состоит из одного протона и одного нейтрона, поэтому для него получим: $m_{D}=2m_{p}$ и $q_{D}=e$.
По условию задачи после рассеяния обе частицы имеют одинаковый радиус траектории $R$ в магнитном поле, тогда импульс частиц будет: