Тормозное излучение
-
Тормозное излучение
- Электромагнитное излучение, возникающее при торможении заряженных частиц.
- Движущаяся частица теряет кинетическую энергию, преобразуя её в излучение.
- Тормозное излучение имеет непрерывный спектр и становится более интенсивным с увеличением энергии частиц.
-
Классическое описание
- Общая излучаемая мощность зависит от заряда частицы, её скорости и ускорения.
- В случае параллельного ускорения мощность пропорциональна γ^6, а в случае перпендикулярного ускорения — γ^4.
- Электроны теряют энергию быстрее, чем более тяжелые заряженные частицы.
-
Угловое распределение
- Мощность излучения зависит от угла наклона частицы к наблюдателю.
- В случае параллельного ускорения мощность пропорциональна sin^2θ.
-
Упрощенное квантово-механическое описание
- Полная квантово-механическая обработка сложна.
- Приведены упрощенные формулы для нерелятивистского случая электрона в кулоновском поле газа.
- Коэффициент излучения зависит от частоты фотонов и энергии электрона.
-
Взаимодействие с вакуумом
- Пренебрегаются эффекты фоновой среды, такие как плазменное экранирование.
- В пределе мягких фотонов (hν ≪ mev^2/2) используется приближение Борна.
- В пределе сильного кулоновского взаимодействия (ηZ ≫ 1) используется чисто классический результат.
-
Коэффициент Изможденности
- Коэффициент Изможденности (gff) определяется как логарифм отношения максимальных и минимальных параметров удара при электрон-ионном столкновении.
- Максимальные параметры удара зависят от частоты фотонов и параметров воздействия.
- Минимальные параметры удара определяются квантово-механическими длинами волн де Бройля и классическим расстоянием наибольшего сближения.
-
Тепловое тормозное излучение
- Уравнение переноса излучения описывает излучение и поглощение тормозного излучения в макроскопической среде.
- Спектральная интенсивность излучения (Iν) зависит от излучательной и поглощающей способностей вещества.
- В равновесии вещество и излучение должны иметь спектр абсолютно черного тела.
-
Тормозное излучение в плазме
- В плазме свободные электроны сталкиваются с ионами, создавая тормозное излучение.
- Полный анализ требует учета бинарных кулоновских столкновений и диэлектрического поведения.
- Спектральная плотность мощности тормозного излучения рассчитывается с учетом электронной плазменной частоты и максимального волнового числа.
-
Приближенные классические результаты
- В пределе Рэлея-Джинса используется формула, включающая диэлектрическую обработку Бекефи.
- Формула учитывает столкновения через волновое число среза kmax.
- Общая плотность мощности излучения интегрируется по всем частотам и зависит от температуры и плотности плазмы.
-
Практические единицы измерения
- В практических единицах измерения используется формула для G=1, что дает PBr [W/m3] = Zi2niniTe [eV]1/2.
- Формула в 1,59 раза больше приведенной выше из-за деталей бинарных коллизий.
- Двусмысленность выражается введением фактора изможденности gB.
-
Формула тормозного излучения
- Тормозное излучение возникает при столкновении заряженных частиц с атомами.
- Формула учитывает релятивистские поправки для высоких температур.
-
Охлаждение тормозным излучением
- Тормозное излучение покидает плазму, унося часть внутренней энергии.
- Это один из видов радиационного охлаждения.
-
Поляризационное тормозное излучение
- Поляризационное тормозное излучение испускается атомными электронами при поляризации кулоновским полем.
- Вклад поляризационного тормозного излучения в общий спектр тормозного излучения обсуждается.
-
Источники тормозного излучения
- В рентгеновской трубке электроны ускоряются и испускают тормозное излучение.
- Тормозное излучение в рентгеновской трубке называется непрерывным рентгеновским излучением.
-
Бета-распад и тормозное излучение
- Вещества, испускающие бета-частицы, также демонстрируют тормозное излучение.
- Внутреннее тормозное излучение возникает при бета-распаде ядер.
-
Радиационная безопасность
- Тормозное излучение может быть опасно при экранировании бета-излучения.
- В астрофизике тормозное излучение доминирует в скоплениях галактик и областях H II.
-
Электрические разряды и тормозное излучение
- При электрических разрядах электроны создают тормозное излучение, рассеиваясь на молекулах воздуха.
- Тормозное излучение влияет на распространение и морфологию разрядов.
-
Квантово-механическое описание
- Полное квантово-механическое описание было выполнено Бете и Хайтлером.
- Кинетическая энергия электрона связана с его полной энергией и импульсом.
- Сохранение энергии дает формулу для энергии фотона.
- Направления испускаемого фотона и рассеянного электрона задаются формулами.
-
Абсолютная величина виртуального фотона
- Виртуальный фотон проходит между ядром и электроном
- Диапазон допустимости определяется приближением Борна
-
Соотношение между частотой и углом
- Для практического применения важно соотношение между частотой испущенного фотона и углом между фотоном и падающим электроном
-
Интегрирование дифференциального сечения
- Кен и Эберт интегрировали четырехкратное дифференциальное сечение Бете и Хайтлера
- Получено выражение для интеграла через Φ и Θf
-
Анализ поперечного сечения
- Электроны с кинетической энергией больше энергии покоя испускают фотоны в прямом направлении
- Электроны с малой энергией испускают фотоны изотропно
-
Электрон-электронное тормозное излучение
- Важный механизм для малых атомных чисел Z
- Электрон-электронное тормозное излучение металлов пренебрежимо мало
- В воздухе играет важную роль в возникновении наземных гамма-вспышек
-
Дополнительные темы
- Лучевое излучение
- Циклотронное излучение
- Вигглер (синхротрон)
- Лазер на свободных электронах
- История рентгеновских лучей
- Эффект Ландау–Померанчука–Мигдаля
- Ядерный синтез: потери от тормозного излучения
- Длина излучения, характеризующая потерю энергии при тормозном излучении электронами высокой энергии в веществе
- Синхротронный источник света
-
Рекомендации
- Дальнейшее чтение
- Внешние ссылки
- Указатель ранних статей о тормозном излучении