Contents
xv
8.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
8.3.1
Atomic Masses and Radii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
8.3.2
Electric Potential and Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449
8.3.3
Nuclear Spin and Magnetic Moment . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450
8.3.4
Electric Quadrupole Moment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
8.3.5
Nuclear Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454
8.3.6
Fermi Gas Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456
8.3.7
Shell Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
8.3.8
Liquid Drop Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458
8.3.9
Optical Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
8.3.10
Nuclear Reactions (General) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
8.3.11
Cross-sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468
8.3.12
Nuclear Reactions via Compound Nucleus . . . . . . . . . . . . . 469
8.3.13
Direct Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
8.3.14
Fission and Nuclear Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
8.3.15
Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
9 Particle Physics – I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
9.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485
9.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
9.2.1
System of Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
9.2.2
Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
9.2.3
Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
9.2.4
Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491
9.2.5
Ionization Chamber, GM Counter and Proportional
Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493
9.2.6
Scintillation Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495
9.2.7
Cerenkov Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
9.2.8
Solid State Detector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
9.2.9
Emulsions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
9.2.10
Motion of Charged Particles in Magnetic Field . . . . . . . . . 497
9.2.11
Betatron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498
9.2.12
Cyclotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
9.2.13
Synchrotron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500
9.2.14
Linear Accelerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
9.2.15
Colliders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
9.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
9.3.1
System of Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503
9.3.2
Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
9.3.3
Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
9.3.4
Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
9.3.5
Ionization Chamber, GM Counter and Proportional
Counters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
9.3.6
Scintillation Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515