Thomsonův rozptyl

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 23. září 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Thomsonův (Thompsonův) rozptyl (Thomsonův rozptyl) - elastický rozptyl elektromagnetického záření na nabitých částicích . Elektrické a magnetické pole dopadající vlny urychluje nabitou částici. Urychlená nabitá částice vyzařuje elektromagnetické vlny . Energie dopadající vlny se tedy částečně přemění na energii rozptýlené vlny – dochází k rozptylu. Tento typ rozptylu vysvětlil anglický fyzik J. J. Thomson . Průřez rozptylu nezávisí na frekvenci elektromagnetické vlny a je stejný pro dopředný i zpětný rozptyl. Frekvence rozptýleného záření se rovná frekvenci dopadajícího záření.

V nerelativistické aproximaci (rychlost částice je mnohem menší než rychlost světla) je částice ovlivněna především elektrickým polem dopadající vlny. V tomto případě částice začne kmitat ve směru elektrického pole a vyzařuje dipólové elektromagnetické záření. Urychlená částice vyzařuje převážně ve směru kolmém na zrychlení a záření je polarizováno rovnoběžně se zrychlením.

Intenzita (spektrální hustota výkonu rozptýlená na jednotku objemu za jednotku času na jednotku prostorového úhlu ) rozptýlené vlny je popsána následující rovnicí (v soustavě SI):

\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};

kde je hustota nabitých částic, je náboj částice, je hmotnost částice, je výkonová spektrální hustota dopadajícího záření, je úhel mezi dopadající vlnou a směrem pozorování, je permitivita vakuum $n$ $q$ $m$ $I_{0\lambda}$ $\varphi$ $\varepsilon_{0}$

Veličina se nazývá diferenční rozptylový průřez. $\frac{d\sigma}{d\Omega}=\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+\cos^2\varphi} {2}$

Veličina se nazývá celkový průřez rozptylu. Jak vyplývá ze vzorce, průřez pro rozptyl protonem je zanedbatelný ve srovnání s průřezem pro rozptyl elektronem (nepřímo úměrný druhé mocnině hmotnosti). $\sigma_T=\frac{8\pi}{3}\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2$

Pro elektron je průřez Thomsonova rozptylu m² = 0,6652 barn . $\sigma _{T}=6,652\times \,10^{-29}$

Hodnota m se nazývá klasický elektronový poloměr . $\frac{e^2}{4\pi\varepsilon_0 m_ec^2}=2,8\times\,10^{-15}$

Rozptyl vysokoenergetických (rentgenových a gama) fotonů elektrony je charakterizován změnou vlnové délky rozptýleného záření v důsledku kvantových efektů, to znamená, že přestává být Thomsonem. Tento rozptyl s měnící se vlnovou délkou se nazývá Comptonův jev . Comptonův rozptyl se od Thomsonova rozptylu liší nejen změnou energie rozptýleného fotonu, ale také jiným úhlovým rozložením (zejména Comptonův rozptyl se vyskytuje hlavně dopředu, ve směru dopadajícího fotonu, zatímco Thomsonův rozptyl dopředu a dozadu je symetrický - jak je vidět ze vzorce, průřez nezávisí na znaménku úhlu θ ). V limitu nulových frekvencí však diferenciální průřez Comptonova rozptylu (popsaný Klein-Nishinovým vzorcem ) přechází do Thomsonova.

Literatura

V. N. Tsytovič. K fyzikální interpretaci Thomsonova rozptylu v plazmatu // UFN . - 2013. - T. 183 . — S. 195–206 .

Sheffield D. Rozptyl elektromagnetického záření v plazmatu. — M .: Atomizdat, 1978. — 280 s.

Thomsonův rozptyl

Literatura

Viz také