Томсоновское рассеяние

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Томсоновское рассеяние (рассеяние Томсона) — рассеяние электромагнитного излучения на заряженных частицах. Электрическое и магнитное поля падающей волны ускоряют заряженную частицу. Ускоренно движущаяся заряженная частица излучает электромагнитные волны. Таким образом энергия падающей волны частично переходит в энергию рассеяной волны — происходит рассеяние. Данный тип рассеяния был объяснен английским физиком Дж. Дж. Томпсоном. Сечение рассеяния не зависит от частоты эл.-магн. волны и одинаково для рассеяния вперед и назад. Частота рассеяного излучения равна частоте падающего излучения.

В нерелятивистском приближении (скорость частицы много меньше скорости света) на частицу действует в основном электрическое поле падающей волны. При этом частица начинает колебаться в направлении электрического поля, излучая дипольное эл.-магн. излучение. Ускоренно-движущаяся частица излучает преимущественно в направлении перпендикулярном ускорению, причем излучение является поляризованным параллельно ускорению.

Интенсивность (спектральная плотность мощности, рассеяной единицей объема в единицу времени в единичный телесный угол) рассеяной волны описывается следующим уравнением (в системе СИ):

$\frac{d\varepsilon_\lambda}{d\Omega}=I_{0\lambda}n\left(\frac{q^2}{4\pi\epsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+cos^2(\varphi)}{2};$

где $n$ — плотность заряженных частиц, $q$ — заряд частицы, $m$ — масса частицы, $I 0λ$ — спектральная плотность мощности падающего излучения, $\varphi$ — угол между падающей волной и направлением наблюдения, $ε 0$ — диэлектрическая проницаемость вакуума.

Величина $\frac{d\sigma}{d\Omega}=\left(\frac{q^2}{4\pi\epsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+cos^2(\varphi)}{2}$ называется дифференциальным сечением рассеяния.

Величина $\sigma_T=\frac{8\pi}{3}\left(\frac{q^2}{4\pi\epsilon_0 mc^2}\right)^2$ называется полным сечением рассеяния.

Для электрона томсоновское сечение рассеяния равно $\sigma_{Thomson}=6.652\times\,10^{-29}m^{2}$ .

Величина $\frac{e^2}{4\pi\epsilon_0 m_ec^2}=2.8\times\,10^{-15}m$ называется классическим радиусом электрона.

Рассеяние на электронах высокоэнергетичных (рентгеновских и гамма) фотонов характеризуется изменением длины волны рассеянного излучения вследствие квантовых эффектов, т.е. перестаёт быть Томсоновским. Такое рассеяние с изменением длины волны получило название эффекта Комптона.