Изучение взаимодействия заряженных частиц на примере многократного кулоновского рассеяния

Курсовой проект - Менеджмент

Другие курсовые по предмету Менеджмент

?ующие три случая.

Случайная величина распределена нормально и её среднее

квадратичное отклонение известно. В этом случае с надёжностью верхняя граница ошибки

 

,(44)

 

где - число испытаний (разыгранных значений ); - значение аргумента функции Лапласа, при котором , - известное среднее квадратичное отклонение .

Случайная величина распределена нормально, причём её среднее квадратическое отклонение неизвестно. В этом случае с надёжностью верхняя граница ошибки

 

,(45)

 

где - число испытаний; - исправленное среднее квадратичное отклонение, .

Из изложенного следует, что метод Монте-Карло тесно связан с задачами теории вероятностей, математической статистики и вычислительной математики. В связи с задачей моделирования случайных величин (в особенности равномерно распределённых) существенную роль играют также методы теории чисел.

Среди других вычислительных методов, метод Монте-Карло выделяется своей простотой и общностью. Медленная сходимость является существенным недостатком метода, однако, могут быть указаны его модифификации, которые обеспечивают высокий порядок сходимости при определённых предположениях. Правда, вычислительная процедура при этом усложняется и приближается по своей сложности к другим процедурам вычислительной математики. Сходимость метода Монте-Карло является сходимостью по вероятности. Это обстоятельство вряд ли следует относить к числу его недостатков, ибо вероятностные методы в достаточной мере оправдывают себя в практических приложениях. Что же касается задач, имеющих вероятностное описание, то сходимостью по вероятности является даже в какой-то мере естественной при их исследовании

2.4 Многократное рассеяние

 

Пусть t - длина пути, пройденного электроном между двумя актами дискретных столкновений, Е - энергия, b - скорость электрона. Азимутальный угол q многократного рассеяния разыгрывается, с учетом трех членов разложения

 

(46)

(47)

 

где ф - приведенный угол

 

(48)

(49)

 

а B - является решением трансцендентного уравнения

 

(50)

 

с точностью

 

(51)

где

 

(52)

 

среднее число упругих столкновений на пути t. Для приближенного учета потерь энергии вместо Е и b2 мы используем и , где 1 и 2 относятся к началу и концу пути t.

Для выборки значений q из распределения Мольер выражение можно представить в виде следующего разложения с последующим применением метода Батлера:

 

(53)

 

 

3. Реализация метода Монте-Карла для многократного кулоновского рассеяния заряженных частиц

 

.1 Рассеяние электрона на атомных электронах

 

 

Сечение рассеяния электрона на атомных электронах (или сечение образования - электронов) может быть записано в виде (формула Меллера):

 

(54)

 

Здесь- масса электрона, Z - атомный номер, - классический радиус электрона.

 

,

 

где Е - энергия электрона.

 

,

где Т - кинетическая энергия отдачи электрона (электрона с меньшей энергией). Кинематическая область для переменной :

 

(55)

 

Сокращение области в два раза по сравнению с е+е - рассеиванием связано с тождественностью вторичных электронов.

Тmin - пороговая (минимальная) энергия первичного электрона, начиная с которой процесс можно рассматривать как дискретный. Как и в случае е+е - рассеивания, величина Тmin берется такой, чтобы атомные электроны можно было считать свободными. Разложение Батлера для данного процесса примет вид:

 

(56)

(57)

(58)

 

Для того чтобы розыгрывать энергию отдачи электрона (напомним, электрона с меньшей энергией) необходимо:

. Разыграть переменную из :

(59)

 

- случайное число.

. Проверить для из (6) условия , если оно выполняется, то принимаем значение , если нет, т.е. , то начинаем с 1.

Здесь - случайное число. Энергию отдачи электрона рассчитываем по формуле:

 

(60)

 

.2 Розыгрыш дискретной случайной величины

 

В начале задаются константы:=0.1;=0.55;=1;=2.82;

Создание необходимой функции:

 

sigma [eps_, En_]:=Module[{sigm=0, g=En/m},=(g2-1)/g2;=(2Pi*r02*Z)/((g-1)*b)*1/(eps2 (1-eps)2)*(1 - (2g2+2g-1)/g2*eps*(1-eps)+((g-1)/g)2*eps2*(1-eps)2);

sigm

];

Функция режекции (из разложения Батлера):

 

gg [eps_, En_]:=Module[{g=0},

=En/m;=4/(92-10+5)*((-1)2*eps2 - (22+2-1)*eps/(1-eps)+2/(1-eps)2);

g

];

 

Розыгрыш дискретной случайной величины:

 

Eps [En_]:=Module[{1=RandomReal[1],2=RandomReal[1], eps=0, eps0=Tmin/(En-m)},=eps0/(1-1 (1-2eps0));[2<gg [eps, En],2=RandomReal[1]; eps=eps0/(1-1 (1-2eps0))];

eps

];

 

Коэффициент из разложения Батлера:

 

alph [En_]:=Module[{g=En/m, eps0=Tmin/(En-m), qq=0},=(2Pi*r02*Z)/((g-1)*g2)*(9g2-10g+5)/4*(1-2eps0)/eps0;

qq

];

 

Функция розыгрыша длины свободного пробега (используется коэффициент из разложения Батлера):

 

t [En_]:=Module[{1=RandomReal[1], tt=0},

temp=alph[En];=-Log[1]/temp;[tt0.4,1=RandomReal[1]; tt=-Log[1]/temp;];

tt

];

 

Косинус угла отклонения частицы (по 2 энергиям):

 

cos3 [En1_, En3_]:=Module[{p1=, p3=},

cos=(m2+(En1+m)*En3-En1*m)/(p1*p3);

];

 

Энергия электрона:

[En_, eps_]:=En - (En-m)*eps;

 

3.3 Проверка кулоновского рассеяния

 

Задаем начальное значение энергии электрона:=1.3;

Строим график функции:

 

Plot [sigma[x, E1], {x, Tmin/(E1-m), 0.5}, PlotRange {{0. 46,0.5}, {34. 3,35.4}}]

 

Создаем массив из 1000 значений переменной и строим гистограмму:

 

cc=Table [sigma[Eps[E1], E1], {1000}];

Histogram [cc, PerformanceGoalSpeed][t[