Thomson-szórás
Fény és anyag kölcsönhatása |
---|
Fényelektromos jelenség |
Az atomfizikában Thomson-szórás (TS) elektromágneses sugárzásnak szabad részecskén (főleg elektronon) való szóródását jelenti. A Thomson-szórásnak számos felhasználási területe létezik, az asztrofizikában mint plazmadiagnosztikai eszköz. A plazmafizikában máig tart a TS alkalmazhatósági módszereinek vizsgálata, például parametrikus instabilitások folyamatainak tanulmányozása terén.
Fizikai leírása
[szerkesztés]Adott egy töltött részecskén szóródó elektromágneses hullám, amelynek elektromos és mágneses komponense Lorentz-erőt fejti ki az adott részecskére, melynek mozgási energiát ad át. A sugárzás energiájának egy része az elektron mozgási energiáját növeli, illetve sugárzást bocsát ki. Tekintsünk egy lineárisan polarizált, monokromatikus hullámot, amely adott Q töltésű részecskén szóródik. Ekkor a hullám E komponensének nagysága:
ahol ε a polarizációs vektor, k a hullámszám-vektor (ahol ke = 0). A folyamatban feltételezzük, hogy a részecske sebessége mindvégig nemrelativisztikus marad, ami feltétlen szükséges ahhoz hogy a Lorentz-erő mágneses komponensétől el tudjunk tekinteni. A töltött részecske mozgásegyenlete:
ahol m a részecsketömeg, s a részecske elmozdulása. A nemrelativisztikus, töltött részecske által egységnyi térszögbe kibocsátott sugárzás energiáját a következő összefüggés adja meg:
ahol . A beeső hullám fluxusát az effektív Poynting-vektorból képezhetjük, amely definíciószerűen . A fentiekből némi átalakítással eljuthatunk a szórás egy fontos tulajdonságához, nevezetesen a szórási hatáskeresztmetszethez, amelyet a Thomson-szórás esetén Thomson-hatáskeresztmetszetnek neveznek:
A Thomson-szórás spektrumának általános képét rendszerint a hőmérséklet és a θ szórási szög határozza meg. Igazolt, hogy alacsony hőmérsékletű Thomson-szórás esetén a spektrális szélesség a hőmérséklet négyzetgyökével arányos:
Jegyzetek
[szerkesztés]Források
[szerkesztés]- Mathews, John D. (1978). „The effect of negative ions on collision-dominated Thomson scattering”. Journal of Geophysical Research 83 (A2), 505. o, Kiadó: Wiley-Blackwell. DOI:10.1029/ja083ia02p00505. (Hozzáférés: 2017. május 21.)
- Tomassini, Paolo (2008). „Linear and Nonlinear Thomson Scattering for Advanced X-ray Sources in PLASMONX”. IEEE Transactions on Plasma Science 36 (4), 1782–1789. o, Kiadó: Institute of Electrical and Electronics Engineers. DOI:10.1109/tps.2008.927428. (Hozzáférés: 2017. május 21.)