轫致辐射,铝箔对电器辐射屏蔽效果如何?
不是所有辐射都需要铅来屏蔽,铅也不能屏蔽所有辐射。 铅主要是用于屏蔽X,γ辐射。 α,β辐射不需要铅来屏蔽,简单来说,α用纸就能挡住,β用铝箔就能挡住(屏蔽高能β辐射外层用到铅,那是用来屏蔽产生的轫致辐射,其实是X射线)。 中子也不是用铅来屏蔽,需要轻元素来慢化(高能中子屏蔽复杂一些),外层用铅也是用来屏蔽慢化过程中产生的X,γ辐射。 还有一些高能辐射,如宇宙射线中的μ子,铅也无能为力。 至于铅能屏蔽X,γ辐射的机理,涉及光子和物质的相互作用,其实任何物质都有一定的屏蔽作用,只是原子序数越大、密度越大的材料屏蔽效果越好。由于铅是重元素中比较易得的,这样,铅就被选择了。当然,贫铀的效果更好,但也没得用啊。
物理上有无穷的概念吗?
物理上没有无穷的概念
为了了解我在说什么,让我先引用几本量子场论的教科书和一些评论文章。
长期以来,人们认为以这样一种方式计算就足够了,即在可以直接与实验进行比较的数量中不出现无限性。[......]幸运的是,这些积分的无限部分总是会在可观测量的表达中抵消掉。——M. Peskin and D. Schroeder
天真的解决方案是简单的 "调节 "发散或使它们 "明显有限",以便它们在数学层面上有意义,并希望当正则化被解除时,物理答案会有意义。作者:D.C. Arias-Perdomo等人。对称性2021,13,956
然而,只要我们避免红外发散,我们就没有问题。——H. Georgi - 《核与粒子科学年度评论》1993, 43, 209-252
无穷大是数学概念。在历史上,物理理论中的发散和奇点最终成为了相应模型濒临崩溃的线索。重新审视为什么旧的理论会被打破,并修改“规则”以避免发散,这就是物理学的一些基本分支诞生的方式。
量子力学是在经典物理学的 "紫外线灾难 "上构思出来的。
根据经典物理学,黑体与其周围的热平衡状态下的光谱功率与波长的四次方λ^4成反比。这意味着,在所有波长上进行积分时得到的总功率将是无限的。这种在经典物理学内无法解决的悖论被称为 "紫外线灾难"。为了解决当时众所周知的悖论,马克斯-普朗克假设能量只能以离散的数量(量子)出现。这导致了光谱功率和波长之间的不同关系,在***长上与旧的关系一致,但在小波长上却非常不同。它解决了 "紫外线灾难 "的问题。能量只能以量子形式出现的假设是新理论——量子力学的基础之一。
黑体是一个吸收所有入射光的物体。黑体的近似值是一个有小孔的绝缘箱,一旦吸收了入射光线,就很难再通过同一个小孔射出。另外,恒星的外层,即光球层,可以被认为是一个与周围环境处于热平衡的黑体,因为发射的光子很快就被来自恒星内层的新光子所取代,而且该层的温度在一段时间内是相当稳定的。
什么是量子场理论,我们真的需要它吗?
宏观的慢速运动物体(速度远慢于光速)可以用经典力学来描述。一旦物体的速度变得与光速相当,就应该用相对论力学来描述其动态。
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另一方面,在非常小的范围内,物理学并不遵循经典力学的规律。缓慢移动的微观粒子(如在原子物理学中)可以用量子力学来描述。当用快速移动的粒子操作时,其速度与光速相当,就会出现新的现象。粒子可以诞生,也可以湮灭。20世纪20年代末,物理学的新学科形成,被命名为量子场论(QFT),将量子力学的规律与相对论运动的规律相结合。
人们需要一个量子场理论来解释以相对论速度运动的小物体的物理学。在这些条件下,会出现新的现象,如粒子的诞生和死亡。
量子力学只是部分地是一种量子理论,因为它只把粒子当作量子,而场仍然被认为是经典的。物理学的第二次量子化 "革命 "发生在场也被视为量子的时候。根据量子场论,空间充满了各种场(电磁场、电子场等),而粒子可以被看作是相应场的激化。
量子场论中的无处不在的无限性
在20世纪20年代末,物理学家试图了解原子如何吸收和发射光子。更广泛地说,他们试图找到电子和光子相互作用所依据的基本量子力学规律。用电磁场的量化来解释计算出来的自发发射是量子场论的之一个成功。保罗-狄拉克在微扰理论中把原子的自发发射系数计算到一阶。人们认为,原则上,任何涉及光子和带电粒子的过程都可以在量子场论中计算出来。然而,在20世纪30年代末,人们意识到微扰理论中涉及与 "虚拟 "粒子相互作用的高阶项经常变得发散。这些计算产生了毫无意义的结果,并且在一段时间内没有得到解决,因此对整个概念产生了怀疑。此外,新进行的实验似乎指出了自然界和量子场理论之间的其他差异。
20世纪40年代,量子场论在概念上是站不住脚的。似乎在计算的每一步都出现了发散。
20世纪40年代末,有一个技巧拯救了它,即在某个大尺度的L处引入一个截止点,并将其吸收到模型中的常数中。如果计算出来的可测量量与截止点无关,那么理论将是可重正化的,最终只是与初始值相比,常数被重新标定。尽管这听起来有点粗略,但这一招还是奏效了。以这种方式计算出来的物理量与实验有很好的一致性。
在20世纪40年代末,有人认为系统地修改模型中的起始参数将普遍解决量子场理论中无处不在的无限性问题。
这个过程被命名为重正化。重正化量子场理论的之一个有直接实验证实的例子是电动力学量子理论(QED),带电粒子的量子力学相对论,特别是电子。QED是我们迄今为止拥有的最精确的物理理论之一,与实验结果的吻合度在十亿分之一之内。它起源于狄拉克、海森堡和泡利在20世纪20年代末的最初工作,随着朝永振一郎施温格和费曼的研究而完成,后来的三人因此分享了1965年的诺贝尔物理学奖。
因为他们在量子电动力学方面的基本工作,对基本粒子的物理学产生了深远的影响。
尽管重正化在实践中被证明效果很好,但费曼对其数学上的有效性从未完全放心。他甚至把重正化称为 "空壳游戏 "。
量子场论的现代时代

量子场理论的巨大进步是随着认识到量子电动力学中所有的超暴力发散都与粒子的自身能量有关而取得的。虽然在量子电动力学理论中,无限性在重正化过程中得到了系统的调节,但基尼斯-威尔逊在20世纪70年代对重正化组理论所做的深刻研究使人们对重正化程序的物理意义有了更深刻的理解,并导致了进一步的进展。重正化组的思想是处理涉及许多长度尺度的物理学问题。根据目前的观点,重正化被看作是调整低能物理学对高能物理学影响的敏感性。肯尼特-威尔逊因其在重正化方面的工作于1982年获得诺贝尔物理学奖。
据了解,模型中最初设定的质量和电荷参数,即所谓的 "裸质量 "和 "裸电荷",是实际数量的数学抽象。它们并不直接对应于测量的实验值,所以它们最终在计算中被无限放大,这并不是什么问题。通过重正化 "裸 "参数,可以得到物理值,也就是应该与实验进行比较的值。
从重正化组的计算来看,所有的有效场理论都可以分为可重正化的、不可重正化的和超重正化的。大多数著名的理论都是可重正化的,如QED、量子色动力学、电弱相互作用理论、凝聚态物理学中的大多数理论,如超导、流体湍流等。非正则理论的一个例子是广义相对论(引力理论)。
当构建一个模型时,将其约束为可重正态化是合理和方便的,因为这将消除很多可能性。尽管自然界的行为没有先验的理由,但这种简化被证明是合理的,因为现有的成功的可重正化理论已经显示出与实验惊人的一致。
无限性的类型(在物理学中)

上文中的大部分讨论都是针对高能紫外线发散的,从物理学的角度来看,这是灾难性的,因为在自然界中没有看到这种发散。通过重正化,紫外线发散被整理出来了,在可观测量的表达式中没有发散出现。然而,在QFT中也有零能量的红外发散现象出现。
红外线发散出现在有无质量粒子(如光子或胶子)的理论中。它们发生在辐射光子的能量归零的极限中。可能有无限的零能量光子产生,所以红外发散是指光子的不确定粒子数。从技术上讲,不可能构建由有限数量的光子组成的初始基到由无限数量的光子组成的最终状态之间的转换矩阵。从物理学的角度来看,红外发散并不像紫外发散那样从根本上造成困扰。在物理学上,可测量的数量是辐射的能量,它是零,而不是发射的零能量光子的数量。此外,所有的探测器都受到一些分辨率的限制,所以零能量的光子无论如何都不可能被探测到。
在QFT内部,红外发散要么用低能量截止来处理,要么将光子的质量定义为非零,并在计算结束时将其限制为零。与零能量的光子有关的红外发散可能出现在各种过程中。
在虚拟修正中——电磁修正中,光子在相互作用过程中被发射和吸收,但在初始和最终的光子数量之间没有任何区别。
在被称为轫致辐射的过程中产生的光子中——当粒子相互作用时,它们只是被其他粒子的场偏转。
测量的总辐射能量包括上述两类过程的贡献。这两个过程的符号是相反的,因此,在总贡献中,红外发散得到了补偿。
今天的量子场论
今天,量子场论是一个完善的、极其成功的理论。尽管物理量积分的计算导致了 "每隔一步 "的无限性,但这些发散不仅可以被系统地整理出来,而且在重正化组内研究量子场论中的无限性时,可以预测系统的定性行为。利用重正化技术对发散的积分进行系统的重新计算,使得QFT被应用于许多物理学领域,粒子物理学、凝聚态物理学、引力和宇宙学。
极其精确的标准模型量子场理论与高精度实验数据之间的差异可以提供基本粒子标准模型之外的物理学线索。在高阶微扰理论中,需要计算的繁琐积分数量呈指数级增长。
人类末日来临的具体情况是什么样的?
地球是一个由磁场包围着的星球,有磁场肯定就有南北极,在历史上地球的南北磁极大约会在20万~30万年之间翻转一次,但迄今为止地球的南北磁极已经有78万年没有动静了。
就在近几十年间,有研究发现,地球的北磁极现在已经从加拿大北部漂移到了西伯利亚,并且还在以创纪录的速度向南移动。
而且调查显示自从1831年发现该现象开始,地磁北极移动里程数已达到2250公里,尤其是近十年以来,地球的磁北极移动速度还在不断增加,甚至达到了平均每年55公里的速度,科学家声称“这是之前从未有过的现象”。
地球的磁场是如何产生的?据历史记载关于地球磁场的产生有多个说法:
首先,大家应该都知道地球是由地壳、地幔和地核三部分构成,而且在地核的最深处主要还是由铁和镍两种金属元素组成,因此早期的科学家们都共同认为地球的地核是一个大铁块,并且错误的认知地球产生磁场是由于地核自身产生的磁性,这便是早期的早铁磁体假说。
之后,随着科学家们进一步的深入探索后发现这一假说并不正确,这一切都要归功于皮埃尔居里先生做的一个实验,他选取了一些物质加热到他们的居里温度,发现它们的磁性就会消失。
就比如铁和磁铁矿等这类磁性物质(它们的居里温度大概是700℃),如果这些物质深入地表,那么在地表25公里以下就足以到达这个温度,但在地球深处的物质温度都高达4000℃,这个数据很明显远远超过了磁性物质的居里温度,这一发现足以能够判断出地球内部的铁根本没有磁性。
后来到了20世纪初科学家们开始提出了电荷旋转的假说,他们主张地球上存在等量的两种电荷,一种集中在地球内部,另一种则分布在地球表面,并且随着地球的自转电荷旋转产生环绕整个地球的圆形电流,而地球磁场的产生就是由这股电流激发出来的感应磁场。
虽然这个理论很好的通过电与磁解释了地球磁场如何产生,但却有一个致命的缺点,虽然我们能够通过计算地球表面的电荷储量,进一步推算出地球电荷储量的理论值。
经过计算后,人们发现理论值和真实情况差入很大,总的来说就是如果要想得到地磁场这样的磁场强度,地球的电荷储量需要扩大1亿倍才行,因此电荷旋转假说也无法成立。
直到在1958年,日本的地磁学家利五常次在发电机假说的基础上提出了双圆盘耦合发电机模型,认为在地核和地幔的交界的处,液态的外核物质会形成对流,以此构成一个巨大的发电机,也许地磁场就是由发电机发出的电流而激发产生的。
如果把对流的物质看作是旋转的圆盘,那么两个圆盘之间就会产生两股方向相反的电流,并且同时激发出两个极性相反的磁场,由于这两个圆盘旋转的速度不同,这时强度更大的磁场会占据优势,在电磁耦合效应的作用下,占据优势的磁场会被不断增强放大,最终形成了地球磁场,并不断发生变化。
对于这一发现,不但很好的解释了地球磁场形成和变化的原因,并且这一说法还得到了当时学界上的普遍认同。
地球磁场有什么作用?众所周知,地球磁场对于我们人类有着至关重要的作用,不仅与我们人类的生活有关系,还与我们人类的生死存亡相关联。
首先地球磁场能够使罗盘对准南北方向,因为有地球磁场的存在,才可以使指南针针指向正确的方向,为我们导航,不至于让我们在丛林,以及大海中迷失。其次,或许大家应该都不知道在许多鸟类、海龟、鲑鱼甚至果蝇身体内都有生物罗盘,这时候地球磁场就发挥着为鸟类指明方向迁徙,为海龟寻找合适的海滩产卵的作用。紧接着,大家都知道极光是一道非常美丽的风景线,但极光的产生其实是由于地球磁场通道从太阳发出的带电粒子—太阳风—进入我们地球的大气层中时产生的,而太阳风则会通常被我们的磁层所偏转,但是围绕着南北两极,磁层就像漏斗一样向内倾斜,使太阳风与我们的上层大气互动产生极光。最后,地球磁场最关键的作用就是作为保护我们地球的一道天然屏障世界万物都深受太阳的影响。我们地球也不例外,经过科学家们的发现太阳风距离地球大约64000公里以外,同时还以每秒数百公里的速度飞向地球,这些太阳风不断的冲击着地球外围环境,当粒子流进入地球附近时,一部分会由于受洛仑兹力作用绕过地球,剩下的会被类似磁镜的地磁系统俘获。而磁层的形成使得地球磁场可以有效的拦截太阳辐射带来的带电粒子,以及对生命体一般具有危害的宇宙射线,使它们难以到达地面,而是留在高层大气之外,环绕地球流动。
为什么会发生磁极翻转?简单的来说,地球磁极是由于行星的液态金属核心在流动的时候产生的,而实际上在地球过去的漫长历史中,就曾经发生过数百次磁极颠倒的现象,这主要是由于在液态核心的流动方向发生改变而导致的。
当地球液体外核的铁原子块反向排列时,这些反向的铁原子块再生长到主导地核其余部分的程度时,地球的磁场就会发生翻转现象,地球翻转的前一次发生在78万年前的石器时代。
也有证据表明,现在的地球磁极其实也在发生微小的变动,地球的磁极有可能会再次发生颠倒,不过需要很长很长的时间。
地球磁极翻转,人类末日来临?关于地球的磁极翻转,有些人把它和人类末日联系在一起,认为当地球磁极发生翻转时,大陆有可能会向其他方向倾斜,从而引发大规模的地震、恶劣的气候变化以及物种灭绝。事实上这种说法有点太过于夸张了,虽然磁场翻转会带来一些影响,但根本没有这么可怕。
地磁减弱地磁翻转会导致地球磁场在翻转过程中的磁场强度变弱,毫无疑问,如果磁场减弱,对地球来说会是一个巨大的挑战,磁场减弱最直接的效果就是太阳风影响被放大。
众所周知,强大的磁场有助于保护地球免受来自太阳的辐射,一般日冕物质抛射(CMEs)的太阳风威力巨大,速度达到了200—800km/s,但这些会被地球磁场阻挡,如果磁场减弱的话,地球磁场阻拦的效率就越降低,而在太阳风暴期间太阳风的流量非常大,这些粒子撞击也会越猛烈,地球的臭氧层将会因此而受到影响,这有可能会伤害到人类。
信号减弱磁场的变化导致的最直接的影响是我们的一些卫星设备,卫星信号是靠无线电波来进行数据传输,而我们的地磁场是起干扰信号的作用,不过影响几乎可以忽略不计,但太阳粒子对卫星信号的干扰很大,磁场翻转直接会导致从太阳到地球大气层的粒子增加,使卫星和其他通信系统(如GPS)的中断。
迷失方向问题在磁场的逆转期间,有些负面影响会明显增加,比如会使所有依赖地磁导航的物种迷失方向,蜜蜂、鲑鱼、海龟、鲸鱼、鸽子等等……
地磁发生翻转虽然是一场挑战,但是我们根本不用过于担心,毕竟地球磁极翻转是周期性的,在78万年也已经存在人类了,他们还没有我们现在的科技能力也都挺过去了,相信对于21世纪的我们来说,这也是可以的。
x光机的原理?
关于X射线
X射线是由德国的物理学者伦琴发现。现今广泛应用在医疗内科诊疗中。医学影像使用的X射线是利用X射线机产生。它的工作原理式利用高压电100kV或300kV的电压加到X射线管上,过程中产生的射线可以穿透5-50mm的钢板。(注:医疗用X射线机限制电压150kV以上,穿透力也会相应若一些)
X射线防护的必要性X射线是五感无法察觉到的,因此在没有做遮蔽处理的空间中过度暴露在X射线下会给人体带来辐射伤害。所以从患者和医疗从业者的健康角度来说,X诊室必须做遮蔽保护。
遮蔽材料X射线的遮蔽材料出了铅以外,混凝土,钢板,防辐射玻璃等材料也是可以使用的。
但是综合来讲铅的遮蔽效果是以上几种材料中最出色的。
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先写到这里,以后会陆续补充图表
物理学家谁凭着x射线荣获奖?
物理学家伦琴凭着发现X射线的巨大成就,于1901年获得了之一届诺贝尔物理学奖。
1845年3月27日威廉·康拉德·伦琴出生于德国莱茵州莱耐普城,父亲是一个毛纺厂小企业主,母亲是一个心地非常善良的荷兰人,他是独生子。
X射线原理:产生X射线的最简单 是用加速后的电子撞击金属靶。撞击过程中,电子突然减速,其损失的动能会以光子形式放出,形成X光光谱的连续部分,称之为轫致辐射。通过加大加速电压,电子携带的能量增大,则有可能将金属原子的内层电子撞出。于是内层形成空穴,外层电子跃迁回内层填补空穴,同时放出波长在0.1nm左右的光子(相当于3EHz的频率和12.4keV的能量)。由于外层电子跃迁放出的能量是量子化的,所以放出的光子的波长也集中在某些部分,形成了X光谱中的特征线,此称为特性辐射。