Thomson se împrăștie

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 23 septembrie 2021; verificarea necesită 1 editare .

Thomson (Thompson) scattering (Thomson scattering) - împrăștiere elastică a radiației electromagnetice pe particulele încărcate . Câmpurile electrice și magnetice ale undei incidente accelerează particula încărcată. O particulă încărcată accelerată radiază unde electromagnetice . Astfel, energia undei incidente este parțial convertită în energia undei împrăștiate - are loc împrăștierea. Acest tip de împrăștiere a fost explicat de fizicianul englez J. J. Thomson . Secțiunea transversală de împrăștiere nu depinde de frecvențăunde electromagnetice și aceeași pentru împrăștierea înainte și înapoi. Frecvența radiației împrăștiate este egală cu frecvența radiației incidente.

În aproximarea nonrelatistă (viteza particulei este mult mai mică decât viteza luminii), particula este afectată în principal de câmpul electric al undei incidente. În acest caz, particula începe să oscileze în direcția câmpului electric, emițând radiații electromagnetice dipol . O particulă accelerată radiază predominant în direcția perpendiculară pe accelerație , iar radiația este polarizată paralel cu accelerația.

Intensitatea (densitatea de putere spectrală împrăștiată pe unitatea de volum pe unitatea de timp pe unitatea de unghi solid ) a undei împrăștiate este descrisă de următoarea ecuație (în sistemul 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};

unde este densitatea particulelor încărcate, este sarcina particulei, este masa particulei, este densitatea spectrală de putere a radiației incidente, este unghiul dintre unda incidentă și direcția de observație, este permisivitatea vid $n$ $q$ $m$ $I_{0\lambda}$ $\varphi$ $\varepsilon_{0}$

Mărimea se numește secțiune transversală de împrăștiere diferențială. $\frac{d\sigma}{d\Omega}=\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+\cos^2\varphi} {2}$

Mărimea se numește secțiune transversală totală de împrăștiere. După cum rezultă din formulă, secțiunea transversală a împrăștierii de către un proton este neglijabilă în comparație cu secțiunea transversală a împrăștierii de către un electron (invers proporțională cu pătratul masei). $\sigma_T=\frac{8\pi}{3}\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2$

Pentru un electron, secțiunea transversală de împrăștiere Thomson este m² = 0,6652 barn . $\sigma _{T}=6.652\times \,10^{-29}$

Valoarea m se numește raza clasică a electronilor . $\frac{e^2}{4\pi\varepsilon_0 m_ec^2}=2,8\times\,10^{-15}$

Răspândirea fotonilor de înaltă energie (raze X și gamma) de către electroni se caracterizează printr-o modificare a lungimii de undă a radiației împrăștiate datorită efectelor cuantice, adică încetează să mai fie Thomson. Această împrăștiere cu schimbarea lungimii de undă se numește efect Compton . Imprăștirea Compton diferă de împrăștierea Thomson nu numai prin modificarea energiei fotonului împrăștiat, ci și printr-o distribuție unghiulară diferită (în special, împrăștierea Compton are loc în principal înainte, în direcția fotonului incident, în timp ce împrăștierea Thomson înainte și înapoi este simetrică - după cum se poate vedea din formulă, secțiunea transversală nu depinde de semnul unghiului θ ). Cu toate acestea, în limita frecvențelor zero, secțiunea transversală diferențială a împrăștierii Compton (descrisă de formula Klein-Nishina ) trece în cea Thomson.

Literatură

V. N. Citovici. Despre interpretarea fizică a împrăștierii Thomson în plasmă // UFN . - 2013. - T. 183 . — S. 195–206 .

Sheffield D. Difuzarea radiației electromagnetice în plasmă. — M .: Atomizdat, 1978. — 280 p.

Thomson se împrăștie

Literatură

Vezi și