томсонівське розсіювання

Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії

Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 7 травня 2013; перевірки вимагають 3 правки . Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 7 травня 2013; перевірки вимагають 3 правки .

Томсоновское (томпсоновським) розсіювання (розсіювання Томсона) - пружне розсіювання електромагнітного випромінювання на заряджених частинках . Електричне і магнітне поля падаючої хвилі прискорюють заряджену частинку. Прискорено рухається заряджена частинка випромінює електромагнітні хвилі . Таким чином енергія падаючої хвилі частково переходить в енергію розсіяної хвилі - відбувається розсіювання. Даний тип розсіювання був пояснений англійським фізиком Дж. Дж. Томсоном . Перетин розсіювання не залежить від частоти електромагнітної хвилі і однаково для розсіювання вперед і назад. Частота розсіяного випромінювання дорівнює частоті падаючого випромінювання.

В нерелятивістському наближенні (швидкість частинки багато менше швидкості світла) на частку діє в основному електричне поле падаючої хвилі. При цьому частка починає коливатися в напрямку електричного поля, випромінюючи дипольне електромагнітне випромінювання. Прискорено рухається частинка випромінює переважно в напрямку, перпендикулярному прискоренню , Причому випромінювання є поляризованим паралельно прискоренню.

Інтенсивність (спектральна щільність потужності, розсіяною одиницею об'єму в одиницю часу в одиничний тілесний кут ) Розсіяної хвилі описується наступним рівнянням (в системі СІ):

d ε λ d Ω = I 0 λ n (q 2 4 π ε 0 m c 2) 2 +1 cos 2 ⁡ φ 2; {\ Displaystyle {\ frac {d \ varepsilon _ {\ lambda}} {d \ Omega}} = I_ {0 \ lambda} n \ left ({\ frac {q ^ {2}} {4 \ pi \ varepsilon _ {0} mc ^ {2}}} \ right) ^ {2} {\ frac {1+ \ cos ^ {2} \ varphi} {2}};}

де n {\ displaystyle n} - щільність заряджених частинок, q {\ displaystyle q} - заряд частинки, m {\ displaystyle m} - маса частинки, I 0 λ {\ displaystyle I_ {0 \ lambda}} - спектральна щільність потужності падаючого випромінювання, φ {\ displaystyle \ varphi} - кут між падаючою хвилею і напрямком спостереження, ε 0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {0}} - діелектрична проникність вакууму .

Величина d σ d Ω = (q 2 4 π ε 0 mc 2) 2 +1 cos 2 ⁡ φ 2 {\ displaystyle {\ frac {d \ sigma} {d \ Omega}} = \ left ({\ frac {q ^ {2}} {4 \ pi \ varepsilon _ {0} mc ^ {2}}} \ right) ^ {2} {\ frac {1+ \ cos ^ {2} \ varphi} {2}}} називається диференціальним перерізом розсіювання.

Величина σ T = 8 π 3 (q 2 4 π ε 0 mc 2) 2 {\ displaystyle \ sigma _ {T} = {\ frac {8 \ pi} {3}} \ left ({\ frac {q ^ { 2}} {4 \ pi \ varepsilon _ {0} mc ^ {2}}} \ right) ^ {2}} називається повним перерізом розсіювання. Як випливає з формули, перетин розсіювання на протоні дуже малий в порівнянні з січнем розсіювання на електроні (обернено пропорційно квадрату маси).

для електрона томсоновское перетин розсіювання одно σт = 6,652⋅10-29 м² = 0,6652 барн .

Величина e 2 4 π ε 0 mec 2 = 2, 8 × 10 - 15 {\ displaystyle {\ frac {e ^ {2}} {4 \ pi \ varepsilon _ {0} m_ {e} c ^ {2}} } = 2,8 \ times \, 10 ^ {- 15}} м називається класичним радіусом електрона .

Розсіювання на електронах високоенергетичних (рентгенівських і гамма) фотонів характеризується зміною довжини хвилі розсіяного випромінювання внаслідок квантових ефектів, тобто перестає бути томсоновскім. Таке розсіювання зі зміною довжини хвилі отримало назву ефекту Комптона . Комптонівське розсіювання відрізняється від томсоновского не тільки зміною енергії розсіяного фотона, а й іншим кутовим розподілом (зокрема, комптонівське розсіювання відбувається в основному вперед, у напрямку руху падаючого фотона, тоді як томсонівське розсіювання вперед і назад симетрично - як видно з формули, розтин не залежить від знака кута θ). Однак в межі нульових частот диференціальне перетин комптонівського розсіювання (описується формулою Клейна - Нішіни ) Переходить в томсоновское.

Томсонівське розсіювання застосовується в токамаках та інших установках магнітного утримання плазми для вимірювання електронної температури і щільності плазми шляхом реєстрації розсіювання випромінювання потужного лазера.

• Шеффілд Д. Розсіювання електромагнітного випромінювання в плазмі. - М.: Атомиздат, 1978. - 280 с.