Thomson spridning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 23 september 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Thomson (Thompson) spridning (Thomson spridning) - elastisk spridning av elektromagnetisk strålning på laddade partiklar . De elektriska och magnetiska fälten i den infallande vågen accelererar den laddade partikeln. En accelererad laddad partikel utstrålar elektromagnetiska vågor . Således omvandlas energin från den infallande vågen delvis till energin från den spridda vågen - spridning uppstår. Denna typ av spridning förklarades av den engelske fysikern J. J. Thomson . Spridningstvärsnittet beror inte på den elektromagnetiska vågens frekvens och är detsamma för spridning framåt och bakåt. Frekvensen för den spridda strålningen är lika med frekvensen för den infallande strålningen.

I den icke-relativistiska approximationen (partikelhastigheten är mycket mindre än ljusets hastighet), påverkas partikeln huvudsakligen av den infallande vågens elektriska fält. I det här fallet börjar partikeln att svänga i det elektriska fältets riktning och avger elektromagnetisk dipolstrålning . En accelererad partikel strålar övervägande i riktningen vinkelrät mot accelerationen , och strålningen polariseras parallellt med accelerationen.

Intensiteten (spektral effekttäthet spridd per volymenhet per tidsenhet per enhet rymdvinkel ) för den spridda vågen beskrivs av följande ekvation (i SI-systemet):

\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};

var är densiteten för laddade partiklar, är partikelns laddning, är partikelns massa, är den infallande strålningens effektspektrala täthet, är vinkeln mellan den infallande vågen och observationsriktningen, är permittiviteten för Vakuum $n$ $q$ $m$ $I_{0\lambda}$ $\varphi$ $\varepsilon_{0}$

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

Kvantiteten kallas det totala spridningstvärsnittet. Som följer av formeln är tvärsnittet för spridning av en proton försumbart jämfört med tvärsnittet för spridning av en elektron (omvänt proportionell mot kvadraten av massan). $\sigma_T=\frac{8\pi}{3}\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2$

För en elektron är Thomson-spridningstvärsnittet m² = 0,6652 barn . $\sigma _{T}=6,652\times \,10^{-29}$

Värdet m kallas den klassiska elektronradien . $\frac{e^2}{4\pi\varepsilon_0 m_ec^2}=2,8\times\,10^{-15}$

Spridning av högenergifotoner (röntgen och gamma) av elektroner kännetecknas av en förändring i våglängden för den spridda strålningen på grund av kvanteffekter, det vill säga att den upphör att vara Thomson. Denna spridning med ändrad våglängd kallas Compton-effekten . Compton-spridning skiljer sig från Thomson-spridning inte bara i förändringen i energin hos den spridda fotonen, utan också i en annan vinkelfördelning (särskilt Compton-spridning sker huvudsakligen framåt, i riktning mot den infallande fotonen, medan Thomson-spridning framåt och bakåt är symmetrisk - som framgår av formeln beror tvärsnittet inte på tecknet för vinkeln θ ). Emellertid, inom gränsen för nollfrekvenser, går det differentiella tvärsnittet av Compton-spridningen (beskrivs av Klein-Nishina-formeln ) över till Thomson-en.

Litteratur

V. N. Tsytovich. Om den fysiska tolkningen av Thomson-spridning i plasma // UFN . - 2013. - T. 183 . — S. 195–206 .

Sheffield D. Spridning av elektromagnetisk strålning i plasma. — M .: Atomizdat, 1978. — 280 sid.

Thomson spridning

Litteratur

Se även