Рассеяние
-
Определение рассеяния
- Рассеяние — это отклонение частиц или излучения от прямой траектории из-за неоднородностей среды.
- Первоначально термин относился только к рассеянию света, но позже распространился на другие явления.
-
История и развитие
- Уильям Гершель в 1800 году говорил о рассеянии «тепловых лучей».
- Джон Тиндалл в 1870-х годах отметил связь между рассеянием света и акустическим рассеянием.
- В конце 19-го века наблюдалось рассеяние катодных и рентгеновских лучей.
- С открытием субатомных частиц и развитием квантовой теории термин стал шире.
-
Типы неоднородностей
- Рассеяние может быть вызвано частицами, пузырьками, каплями, колебаниями плотности жидкостей, кристаллитами, дефектами, шероховатостью поверхности, клетками организмов и текстильными волокнами.
-
Применение теории рассеяния
- Теория рассеяния важна в радиолокационном зондировании, медицинском ультразвуке, контроле полупроводниковых пластин, мониторинге полимеризации, акустической облицовке, связи в космосе и компьютерных изображениях.
- В физике элементарных частиц рассеяние описывается матрицей рассеяния.
-
Однократное и многократное рассеяние
- Однократное рассеяние происходит при взаимодействии с одним центром рассеяния.
- Многократное рассеяние происходит при взаимодействии с множеством центров рассеяния.
- Многократное рассеяние часто моделируется теорией диффузии.
-
Теория рассеяния
- Теория рассеяния изучает взаимодействие волн и частиц с материальными объектами.
- Включает взаимодействие бильярдных шаров, резерфордовское рассеяние, брэгговское рассеяние и неупругое рассеяние.
-
Ослабление из-за рассеяния
- Используется уравнение дальности для описания взаимодействия частиц с рассеивающими центрами.
- Коэффициент взаимодействия (Q) связан с длиной свободного пробега (λ), площадью поперечного сечения (σ) и средней плотностью свободного пути (τ).
-
Упругое и неупругое рассеяние
- Упругое рассеяние не изменяет внутренние состояния частиц.
- Неупругое рассеяние изменяет внутренние состояния частиц, что может привести к возбуждению или аннигиляции.
-
Рассеяние атомов
- Атомы водорода соответствуют решению уравнения Шредингера с кулоновским притяжением.
- Рассеяние атомов нарушает их состояние, вызывая возбуждение или ионизацию.
- Глубокое неупругое рассеяние относится к экспериментам в физике элементарных частиц.
-
Математическая основа
- Теория рассеяния изучает взаимодействие решений дифференциальных уравнений.
- Решения часто задаются на многообразиях и имеют спектр, отождествляемый с гильбертовым пространством.
- Рассеяние описывается S-матрицей на гильбертовых пространствах.
-
Теоретическая физика
- Теория рассеяния используется в акустике, электродинамике и физике элементарных частиц.
- Решения описывают движение атомов, молекул, фотонов и электронов.
- Методы поиска решений включают анализ частичных волн и приближение Борна.
-
Электромагнетизм
- Электромагнитные волны подвергаются рассеянию, включая свет и радиоволны.
- Основные формы упругого рассеяния: рэлеевское и Ми.
- Неупругое рассеяние включает рассеяние Бриллюэна и комптоновское рассеяние.
- Рассеяние света влияет на внешний вид объектов и определяет их цвет.
-
Модели рассеяния света
- Модели рассеяния делятся на три области по параметру α.
- Рэлеевское рассеяние применимо для малых частиц.
- Рассеяние Ми применимо для сфер и сфероидов.
- Геометрическое рассеяние применимо для частиц, превышающих длину волны.
-
Численные методы
- Для моделирования рассеяния используются методы конечных элементов.
- Программные пакеты позволяют создавать 2- и 3-мерные модели структур.
- Модели требуют значительного времени выполнения на компьютере.
-
Электрофорез и электрофоретическое рассеяние света
- Электрофорез включает миграцию макромолекул под воздействием электрического поля.
- Электрофоретическое рассеяние света включает прохождение электрического поля через жидкость, которое заставляет частицы двигаться.
- Чем больше заряд у частиц, тем быстрее они способны двигаться.
-
Другие виды рассеяния света
- Ослабление света
- Обратное рассеяние
- Брэгговская дифракция
- Рассеяние Бриллюэна
- Анализ характерного режима
- Комптоновское рассеяние
- Кулоновское рассеяние
- Глубокий рассеивающий слой
- Рассеянное излучение неба
- Эффект Доплера
- Динамическое рассеяние света
- Дифракция электронов
- Рассеяние электронов
- Электрофоретическое рассеяние света
- Вымирание
- Теория рассеяния Хаага–Рюэля
- Линия Кикути
- Рассеяние света частицами
- Ширина линии
- Мое рассеяние
- Теория Ми
- Молекулярное рассеяние
- Рассеяние пылинок
- Рассеяние нейтронов
- Измерение фазового пространства с прямым моделированием
- Диффузия фотонов
- Порошковая дифракция
- Комбинационное рассеяние света
- Рэлеевское рассеяние
- Резонансы при рассеянии на потенциалах
- Резерфордово рассеяние
- Рассеяние под малым углом
- Амплитуда рассеяния
- Рассеивание от шероховатых поверхностей
- Мерцание (физика)
- S-матрица
- Эффект Тиндалла
- Рассеяние Томсона
- Эффект волка
- Рентгеновская кристаллография
-
Рекомендации и внешние ссылки
- Исследовательская группа по рассеянию и диффузии света в сложных системах
- Многократное рассеяние света с точки зрения фотонной науки
- Сеть рассеяния нейтронов
- Рассеяние нейтронов и рентгеновских лучей
- Всемирный справочник приборов для рассеяния нейтронов
- Рассеяние и дифракция
- Схема классификации и индексации оптики (OCIS), Американское оптическое общество, 1997
- Лекции Европейской школы по теоретическим методам электронной и позитронно-индуцированной химии, Прага, февраль. 2005
- E. Келинк, Лекции по теории рассеяния, Делфт, Нидерланды, 2006