Thomsonspridning

Från Wikipedia
Hoppa till navigering Hoppa till sök
Thomsonspridning, en inkommande foton växelverkar med en laddad partikel. Strålningens våglängd påverkas inte

Thomsonspridning är spridning av elektromagnetisk strålning mot en fri laddad partikel i vila, särskilt mot fria elektroner. Inom lågenergiområdet accelererar den infallande fotnens elektriska fält den laddade partikeln, vilket leder till att partikeln emitterar bromsstrålning med samma frekvens som den infallande strålningen vilken därigenom sprids. Thomsonspridning är ett viktigt fenomen inom plasmafysiken och förklarades först av fysikern J. J. Thomson. Spridningsmekanismen gäller bara för fotonenergier mycket lägre än elektronens vilomassa. Vid Thomsonspridning har den inkommande vågen samma frekvens som den utgående vågen och därför kallas denna spridning även koherent eller elastisk. Träffytan för denna spridningsmekanism ges av elektronens klassiska radie.

Om fotonens energi är större eller om elektronen är i rörelse, blir processen mer komplicerad och kallas Comptonspridning. Om elektronen är bunden i atomer talar man om Rayleighspridning.

Klassisk icke-relativistisk behandling[redigera | redigera wikitext]

Thomsonspridning, en inkommande foton växelverkar med en elektron. De mot riktningen ortogonala strålningskomponenterna ligger i respektive vågplan

En fri laddning accelereras av det oscillerande elektriska fältet E av en plan inkommande våg, så att den svänger med samma frekvens som strålningsfältet. Det ger upphov till en sfärisk våg, med en utstrålad effekt per rymdvinkelenhet i riktningar med spridningsvinkel θ:

där <a ²> anger ett tidsmedelvärde över accelerationen a = qE/m.

Genom att normalisera med energiflödet av det inkommande fältet kan en differentiell träffyta definieras:

där re = 2,818.10-15 meter är den klassiska elektronradien.[1]

Den totala Thomsonträffytan för en elektron är

barn.[2]

Atomer[redigera | redigera wikitext]

När det inkommande strålningsfältet har en fotonenergi som är mycket större än bindningsenergin, kan även bundna elektroner betraktas som fria. Så är till exempel fallet för lätta atomer i röntgenområdet. När våglångden är stor i förhållande till atomen, oscillerar elektronerna i det oscillerande fältet i fas med varandra, så att deras strålning adderas koherent. Atomens koherenta träffyta är därför ungefär lika med kvadraten av antalet elektroner gånger Thomsonträffytan.

För strålning med en fotonenergi som är mycket lägre än bindningsenergi, är träffytan mycket mindre och starkt frekvensberoende, se Rayleighspridning. Nära resonanser kan atomära spridningsfaktorer vara mycket stora.

Källor[redigera | redigera wikitext]

Fotnoter[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ ”Classical electron radius”. 2006 CODATA recommended values. NIST. http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?re. 
  2. ^ ”Thomson cross section”. 2006 CODATA recommended values. NIST. http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?sigmae.