Thomson spredning

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 23. september 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Thomson (Thompson) spredning (Thomson spredning) - elastisk spredning af elektromagnetisk stråling på ladede partikler . De elektriske og magnetiske felter i den indfaldende bølge accelererer den ladede partikel. En accelereret ladet partikel udstråler elektromagnetiske bølger . Energien fra den indfaldende bølge omdannes således delvist til energien fra den spredte bølge - spredning forekommer . Denne form for spredning blev forklaret af den engelske fysiker J. J. Thomson . Spredningstværsnit afhænger ikke af frekvenselektromagnetisk bølge og det samme for spredning frem og tilbage. Frekvensen af den spredte stråling er lig med frekvensen af den indfaldende stråling.

I den ikke-relativistiske tilnærmelse (partikelhastigheden er meget mindre end lysets hastighed), påvirkes partiklen hovedsageligt af den indfaldende bølges elektriske felt. I dette tilfælde begynder partiklen at oscillere i retning af det elektriske felt og udsender dipol elektromagnetisk stråling. En accelereret partikel udstråler overvejende i retningen vinkelret på accelerationen , og strålingen polariseres parallelt med accelerationen.

Intensiteten (spektral effekttæthed spredt pr. volumenhed pr. tidsenhed pr. rumvinkelenhed ) af den spredte bølge er beskrevet ved følgende ligning (i SI-systemet):

\frac{d\varepsilon_\lambda}{d\Omega}=I_{0\lambda}n\venstre(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{ 1+\cos^2\varphi}{2};

hvor er tætheden af ladede partikler, er ladningen af partiklen, er massen af partiklen, er effektspektraltætheden af den indfaldende stråling, er vinklen mellem den indfaldende bølge og observationsretningen, er permittiviteten af vakuum $n$ $q$ $m$ $I_{0\lambda}$ $\varphi$ $\varepsilon_{0}$

Størrelsen kaldes differentialspredningstværsnittet. $\frac{d\sigma}{d\Omega}=\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+\cos^2\varphi} {2}$

Mængden kaldes det samlede spredningstværsnit. Som det følger af formlen, er tværsnittet for spredning af en proton ubetydeligt sammenlignet med tværsnittet for spredning af en elektron (omvendt proportional med kvadratet af massen). $\sigma_T=\frac{8\pi}{3}\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2$

For en elektron er Thomson -spredningstværsnittet m² = 0,6652 barn . $\sigma _{T}=6.652\ gange \,10^{-29}$

Værdien m kaldes den klassiske elektronradius . $\frac{e^2}{4\pi\varepsilon_0 m_ec^2}=2,8\time\,10^{-15}$

Spredning af højenergi-fotoner (røntgenstråler og gamma) af elektroner er karakteriseret ved en ændring i bølgelængden af den spredte stråling på grund af kvanteeffekter, det vil sige, at den ophører med at være Thomson. Denne spredning med skiftende bølgelængde kaldes Compton-effekten . Compton-spredning adskiller sig fra Thomson-spredning ikke kun i ændringen i energien af den spredte foton, men også i en anden vinkelfordeling (især Compton-spredning forekommer hovedsageligt fremad, i retning af den indfaldende foton, mens Thomson-spredning fremad og bagud er symmetrisk - som det kan ses af formlen, afhænger tværsnittet ikke af fortegnet for vinklen θ ). I grænsen for nulfrekvenser går det differentielle tværsnit af Compton-spredning (beskrevet af Klein-Nishina-formlen ) imidlertid over i Thomson-en.

Litteratur

V. N. Tsytovich. Om den fysiske fortolkning af Thomson-spredning i plasma // UFN . - 2013. - T. 183 . — S. 195–206 .

Sheffield D. Spredning af elektromagnetisk stråling i plasma. — M .: Atomizdat, 1978. — 280 s.

Thomson spredning

Litteratur

Se også