«Излучение»

электромагнитное, процесс образования свободного электромагнитного поля. (Термин «И.» применяют также для обозначения самого свободного, т. е. излученного, электромагнитного поля — см. Максвелла уравнения, Электромагнитные волны.) Классическая физика рассматривает И. как испускание электромагнитных волн ускоренно движущимися электрическими зарядами (в частности, переменными токами). Классическая теория объяснила очень многие характерные черты процессов И., однако она не смогла дать удовлетворительного описания ряда явлений, особенно теплового излучения (См. Тепловое излучение) тел и И. микросистем (атомов и молекул). Такое описание оказалось возможным лишь в рамках квантовой теории И., показавшей, что И. представляет собой рождение Фотонов при изменении состояния квантовых систем (например, атомов). Квантовая теория, более глубоко проникнув в природу И., одновременно указала и границы применимости классической теории: последняя часто является очень хорошим приближением при описании И., оставаясь, например, теоретической базой радиотехники (см. Излучение и прием радиоволн (См. Излучение и приём радиоволн)).

Классическая теория излучения (теория Максвелла). Физические причины существования свободного электромагнитного поля (т. е. поля самоподдерживающегося, независимого от возбудивших его источников) тесно связаны с тем, что электромагнитные волны распространяются от источников — зарядов и токов — не мгновенно, а с конечной скоростью c(в вакууме c≅ 3·10¹⁰ см/сек). Если источник И. (например, переменный ток) в какой-то момент исчезнет, это не приведет к мгновенному исчезновению поля во всем пространстве: в отдалённых от источника точках оно исчезнет лишь через конечный промежуток времени. Из теории Максвелла вытекает, что изменение во времени электрического поля Е порождает магнитное поле Н, а изменение Н — вихревое электрическое поле. Отсюда следует, что самоподдерживающимся может быть лишь переменное электромагнитное поле, в котором обе его компоненты — Е и Н, непрерывно изменяясь, постоянно возбуждают одна другую.

В процессе И. электромагнитное поле уносит от источника энергию. Плотность потока энергии этого поля (количество энергии, протекающей за единицу времени через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно направлению потока) определяется Пойнтинга векторомП, который пропорционален векторному произведению [ЕН].

Интенсивность И. E_изл есть энергия, уносимая полем от источника в единицу времени. Порядок её величины можно оценить, вычислив произведение площади замкнутой поверхности, охватывающей источник на среднее значение абсолютной величины плотности потока П на этой поверхности (П Излучение EH). Обычно поверхность выбирают в форме сферы радиуса R (её площадь Излучение R) и вычисляют E_изл в пределе R→ ∞:

(Е и Н —абсолютные величины векторов Еи Н).

Для того чтобы эта величина не обращалась в ноль, т. е. чтобы вдали от источника существовало свободное электромагнитное поле, необходимо, чтобы и Е,и Н убывали не быстрее, чем 1/R. Это требование удовлетворяется, если источниками полей являются ускоренно движущиеся заряды. Вблизи от зарядов поля́ — кулоновские, пропорциональные 1/R², но на больших расстояниях основную роль начинают играть некулоновские поля Е и Н, имеющие закон убывания 1/R.

И. движущегося заряда. Простейшим источником поля является точечный заряд. У покоящегося заряда И. отсутствует. Равномерно движущийся заряд (в пустоте) также не может быть источником И. Заряд же, движущийся ускоренно, излучает. Прямые вычисления на основе уравнений Максвелла показывают, что интенсивность его И. равна

где е — величина заряда, a — его ускорение. (Здесь и ниже используется Гауссова система единиц, см. СГС система единиц.) В зависимости от физической природы ускорения И. иногда приобретает особые наименования. Так, И., возникающее при торможении заряженных частиц в веществе в результате воздействия на них кулоновских полей ядер и электронов атомов, называется тормозным излучением (См. Тормозное излучение). И. заряженной частицы, движущейся в магнитном поле, искривляющем её траекторию, называется синхротронным излучением (См. Синхротронное излучение) (или магнитотормозным И.). Оно наблюдается, например, в циклических ускорителях заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц).

В частном случае, когда заряд совершает гармоническое колебание, ускорение а по величине равно произведению отклонения заряда от положения равновесия (х= x₀ sin ωt, x₀ — амплитуда отклонения х) на квадрат частоты ω. Усреднённая по времени t интенсивность И.

очень быстро (пропорционально ω⁴) растет при увеличении частоты.

Электрическое дипольное И. Простейшей системой, которая может быть источником И., являются два связанных друг с другом колеблющихся, равных по величине, разноимённых заряда. Они образуют Диполь с переменным моментом. Если, например, заряды диполя совершают гармонические колебания навстречу друг другу, то дипольный электрический момент изменяется по закону d=d₀ sin ωt (ω — частота колебаний, d₀ — амплитуда момента d). Усреднённая по времени t интенсивность И. такого диполя

И., расходящееся от колеблющегося диполя, неизотропно, т. е. энергия, испускаемая им в различных направлениях, неодинакова. Вдоль оси колебаний И. вообще отсутствует. Под прямым же углом к оси колебаний И. максимально. Для всех промежуточных направлений угловое распределение И. меняется пропорционально sin² ϑ, где угол ϑ отсчитывается от направления оси колебаний. Если направление оси колебаний диполя меняется со временем, то усреднённое угловое распределение становится более сложным.

Реальные излучатели, как правило, включают множество зарядов. Точный учёт всех деталей движения каждого из них при исследовании И. излишен (а зачастую и невозможен). Действительно, И. определяется значениями полей вдали от источника, т. е. там, где детали распределения зарядов (и токов) в излучателе сказываются слабо. Это позволяет заменять истинное распределение зарядов приближённым. Самым грубым, «нулевым» приближением является рассмотрение излучающей системы как одного заряда, по величине равного сумме зарядов системы. У электронейтральной системы, сумма зарядов которой равна нулю, И. в этом приближении отсутствует. В следующем, первом, приближении положительные и отрицательные заряды системы по отдельности мысленно «стягиваются» к центрам своего распределения. Для электронейтральной системы это означает мысленную замену её электрическим диполем, излучающим согласно (4). Такое приближение называется дипольным, а соответствующее И. — электрическим дипольным И.

Электрическое квадрупольное и высшие мультипольные И. Если у системы зарядов дипольное И. отсутствует, например из-за равенства дипольного момента нулю, то необходимо учитывать следующее приближение, в котором система зарядов — источник И. — рассматривается как Квадруполь, т. е. четырехполюсник. Простейший квадруполь — 2 диполя, имеющие равные по величине и противоположные по направлению моменты. Ещё более детальное описание излучающей системы зарядов даёт рассмотрение последующих приближений, в которых распределение зарядов описывается мультиполями (См. Мультиполь) (многополюсниками) высших порядков (диполь называется мультиполем 1-го, квадруполь — 2-го и т. д. порядков).

Важно отметить, что в каждом последующем приближении интенсивность И. примерно в (v/c)² меньше, чем в предыдущем (если, конечно, последнее не отсутствует по каким-либо причинам). Если излучатель — нерелятивистский, т. е. все заряды имеют скорости, много меньшие, чем световая (v/c

Магнитное дипольное И. Кроме электрических диполей и высших мультиполей, источниками И. могут быть также магнитные диполи и мультиполи (как правило, основным является дипольное магнитное И.). Картина распределения магнитного поля на больших расстояниях от контура, по которому протекает ток, порождающий это поле, подобна картине распределения электрического поля вдали от электрического диполя. Аналог дипольного электрического момента — дипольный магнитный момент М — определяется силой тока I в контуре и его геометрией. Для плоского контура абсолютная величина момента М = (e/c) IS, где S — площадь, охватываемая контуром. Формулы для интенсивности магнитного дипольного И. почти такие же, как и для электрического, только вместо электрического дипольного момента d в них стоит магнитный момент М. Так, если магнитный момент изменяется по гармоническому закону М = M₀ sin ωt (для этого должна гармонически меняться сила тока I в контуре), то усреднённая по времени интенсивность И. равна:

здесь M₀ — амплитуда магнитного момента M.

Отношение магнитного дипольного момента к электрическому имеет порядок v/c, где v — скорость движения зарядов, образующих ток; отсюда вытекает, что интенсивность магнитного дипольного И. в (v/c)² раз меньше, чем дипольного электрического, если, конечно, последнее присутствует. Таким образом, интенсивности магнитного дипольного и электрического квадрупольного И. имеют одинаковый порядок величины.

И. релятивистских частиц. Одним из важнейших примеров такого И. является синхротронное И. заряженных частиц в циклических (кольцевых) ускорителях. Резкое отличие от нерелятивистского И. проявляется здесь уже в спектральном составе И.: если частота обращения заряженной частицы в ускорителе равна ω (нерелятивистский излучатель испускал бы волны такой же частоты), то интенсивность её И. имеет максимум при частоте ω_макс Излучение γ³ω, где γ = [1 — (v/c)²]^-1/2, т. е. основная доля И. при v → с приходится на частоты, более высокие, чем ω. Такое И. направлено почти по касательной к орбите частицы, в основном вперёд по направлению её движения.

Ультрарелятивистская частица может излучать электромагнитные волны, даже если она движется прямолинейно и равномерно (но только в веществе, а не в пустоте!). Это И., названное Черенкова — Вавилова излучением (См. Черенкова-Вавилова излучение), возникает, если скорость заряженной частицы в среде превосходит фазовую скорость света в этой среде (u_фаз = c/n, где n — показатель преломления среды). И. появляется из-за того, что частица «перегоняет» порождаемое ею поле, отрывается от него.

Квантовая теория излучения. Выше уже говорилось, что классическая теория даёт лишь приближённое описание процессов И. (весь физический мир в принципе является «квантовым»). Однако существуют и такие физические системы, И. которых невозможно даже приближённо описать в согласии с опытом, оставаясь на позициях классической теории. Важная особенность таких квантовых систем, как атом или молекула, заключается в том, что их внутренняя энергия не меняется непрерывно, а может принимать лишь определённые значения, образующие дискретный набор. Переход системы из состояния с одной энергией в состояние с другой энергией (см. Квантовые переходы) происходит скачкообразно; в силу закона сохранения энергии система при таком переходе должна терять или приобретать определённую «порцию» энергии. Чаще всего этот процесс реализуется в виде испускания (или поглощения) системой кванта И. — Фотона. Энергия кванта ε_γ = ћω, где ћ — Планка постоянная (ћ = 1,05450․10^-27 эрг․сек), ω — круговая частота. Фотон всегда выступает как единое целое, испускается и поглощается «целиком», в одном акте, имеет определённую энергию, импульс и спин (проекцию момента количества движения на направление импульса), т. е. обладает рядом корпускулярных свойств. В то же время фотон резко отличается от обычных классических частиц тем, что у него есть и волновые черты. Такая двойственность фотона представляет собой частное проявление корпускулярно-волнового дуализма (См. Корпускулярно-волновой дуализм).

Последовательной квантовой теорией И. является квантовая электродинамика (см. Квантовая теория поля). Однако многие результаты, относящиеся к процессам И. квантовых систем, можно получить из более простой полуклассической теории И. Формулы последней, согласно Соответствия принципу, при определённом предельном переходе должны давать результаты классической теории. Таким образом, устанавливается глубокая аналогия между величинами, характеризующими процессы И. в квантовой и классической теориях.

И. атома. Система из ядра и движущегося в его кулоновском поле электрона должна находиться в одном из дискретных состояний (на определённом уровне энергии). При этом все состояния, кроме основного (т. е. имеющего наименьшую энергию), неустойчивы. Атом, находящийся в неустойчивом (возбуждённом) состоянии, даже если он изолирован, переходит в состояние с меньшей энергией. Этот квантовый переход сопровождается испусканием фотона; такое И. называется спонтанным (самопроизвольным). Энергия, уносимая фотоном ε_γ = ћω, равна разности энергии начального i и конечного j состояний атома (ε_i > ε_j, ε_γ = ε_i — ε_j); отсюда вытекает формула Н. Бора для частот И.:

Важно отметить, что такие характеристики спонтанного И., как направление распространения (для совокупности атомов — угловое распределение их спонтанного И.) и поляризация, не зависят от И. других объектов (внешнего электромагнитного поля).

Формула Бора (6) определяет дискретный набор частот (и следовательно, длин волн) И. атома. Она объясняет, почему спектры И. атомов имеют хорошо известный «линейчатый» характер — каждая линия спектра соответствует одному из квантовых переходов атомов данного вещества.

Интенсивность И. В квантовой теории, как и в классической, можно рассматривать электрические дипольное и высшие мультипольные И. Если излучатель нерелятивистский, основным является электрическое дипольное И., интенсивность которого определяется формулой, близкой к классической:

Величины d_ij, являющиеся квантовым аналогом электрического дипольного момента, оказываются отличными от нуля лишь при определённых соотношениях между квантовыми числами (См. Квантовые числа) начального i и конечного j состояний (правила отбора для дипольного И.). Квантовые переходы, удовлетворяющие таким правилам отбора, называются разрешенными (фактически имеется в виду разрешенное электрическое дипольное И.). Переходы же высших мультипольностей называются запрещенными. Этот запрет относителен: запрещенные переходы имеют относительно малую вероятность, т. е. отвечающая им интенсивность И. невелика. Те состояния, переходы из которых «запрещены», являются сравнительно устойчивыми (долгоживущими). Они называются метастабильными состояниями (См. Метастабильное состояние).

Квантовая теория И. позволяет объяснить не только различие в интенсивностях разных линий, но и распределение интенсивности в пределах каждой линии; в частности, ширину спектральных линий (См. Ширина спектральных линий).

Источниками электромагнитного И. могут быть не только атомы, но и более сложные квантовые системы. Общие методы описания И. таких систем те же, что и при рассмотрении атомов, но конкретные особенности И. весьма разнообразны. И. молекул, например, имеет более сложные спектры, чем И. атомов. Для И. атомных ядер типично, что энергия отдельных квантов обычно велика (γ-кванты), интенсивность же И. сравнительно низка (см. Гамма-излучение, Ядро атомное).

Электромагнитное И. часто возникает и при взаимных превращениях элементарных частиц (аннигиляции электронов и позитронов, распаде нейтрального пи-мезона (См. Пи-мезоны) и т. д.).

Вынужденное И. Если частота внешнего И., падающего на уже возбуждённый атом, совпадает с одной из частот возможных для этого атома согласно (6) квантовых переходов, то атом испускает квант И., в точности такой же, как и налетевший на него (резонансный) фотон. Это И. называется вынужденным. По своим свойствам оно резко отличается от спонтанного — не только частота, но и направление распространения, и поляризация испущенного фотона оказываются теми же, что у резонансного. Вероятность вынужденного И. (в отличие от спонтанного!) пропорциональна интенсивности внешнего И., т. е. количеству резонансных фотонов. Существование вынужденного И. было постулировано А. Эйнштейном при теоретическом анализе процессов теплового И. тел с позиций квантовой теории и затем было подтверждено экспериментально. В обычных условиях интенсивность вынужденного И. мала по сравнению с интенсивностью спонтанного. Однако она сильно возрастает в веществе, в котором в метастабильном состоянии находится больше атомов, чем в одном из состояний с меньшей энергией (в которое возможен квантовый переход). При попадании в такое вещество резонансного фотона испускаются фотоны, в свою очередь играющие роль резонансных. Число излучаемых фотонов лавинообразно возрастает; результирующее И. состоит из фотонов, совершенно идентичных по своим свойствам, и образует когерентный поток (см. Когерентность). На этом явлении основано действие квантовых генераторов (См. Квантовый генератор) и квантовых усилителей (См. Квантовый усилитель) И.

Роль теории излучения. Практическое и научно-прикладное значение теории И. огромно. На ней основывается разработка и применение Лазеров и Мазеров, создание новых источников света, ряд важных достижений в области радиотехники и спектроскопии. Понимание и изучение законов И. важно и в другом отношении: по характеру И. (энергетическому спектру, угловому распределению, поляризации) можно судить о свойствах излучателя. И. — пока фактически единственный и весьма многосторонний источник информации о космических объектах. Например, анализ И., приходящего из космоса, привёл к открытию таких необычных небесных тел, как Пульсары. Изучение спектров далёких внегалактических объектов подтвердило теорию расширяющейся Вселенной (См. Вселенная). Одновременно изучение И. позволяет проникнуть в область явлений микромира. Именно теории И. принадлежит особая роль в формировании всей современной физической картины мира: преодоление трудностей, возникших в электродинамике движущихся сред, привело к созданию относительности теории (См. Относительности теория); исследования М. Планка, посвященные тепловому излучению (См. Тепловое излучение), положили начало квантовой теории и квантовой механике (См. Квантовая механика). Дальнейшее развитие теории И. должно привести к ещё более глубокому познанию материи.

Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 7 изд., М., 1957; Иваненко Д., Соколов А., Классическая теория поля, М. — Л., 1949; их же, Квантовая теория поля, М. — Л., 1952; Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 2 изд., М., 1959; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 5 изд., М., 1967 (Теоретическая физика, т. 2).

В. И. Григорьев.

1. излуче́ние;
2. излуче́ния;
3. излуче́ния;
4. излуче́ний;
5. излуче́нию;
6. излуче́ниям;
7. излуче́ние;
8. излуче́ния;
9. излуче́нием;
10. излуче́ниями;
11. излуче́нии;
12. излуче́ниях.

ИЗЛУЧА́ТЬ, -а́ю, -а́ешь; несов., что. Испускать лучи, выделять лучистую энергию. И. свет И. тепло. Глаза излучают нежность (перен.).

-я, ср.

Действие по знач. глаг. излучить—излучать и излучиться—излучаться.

Солнечное излучение. Излучение тепла. Излучение радиоволн.

□

Для жизни животных и растений тундры имеет важное значение большая интенсивность излучения ультрафиолетовых лучей. Туров, Очерки охотника натуралиста.

радиоактивное излучение

физ.

ИЗЛУЧЕ́НИЕ, излучения, ср. (книжн.). Действие по гл. излучить-излучать и излучиться-излучаться. Излучение солнцем теплоты. Тепловое излучение. Нетепловое излучение. Радиоактивное излучение.

ср.

1.

процесс действия по гл. излучать 1., излучить

2.

Результат такого действия; поток энергии, выделенной в окружающую среду.

ИЗЛУЧЕНИЕ электромагнитное - процесс образования свободного электромагнитного поля; излучением называют также само свободное электромагнитное поле. Излучают ускоренно движущиеся заряженные частицы (напр., тормозное излучение, синхротронное излучение, излучение переменных диполя, квадруполя и мультиполей высшего порядков). Атом и другие атомные системы излучают при квантовых переходах из возбужденных состояний в состояния с меньшей энергией.

ИЗЛУЧЕНИЕ электромагнитное, процесс образования свободного электромагнитного поля, а также само свободное электромагнитное поле, существующее в форме электромагнитных волн. Излучения испускают ускоренно движущиеся заряженные частицы, а также атомы, молекулы и другие квантовые системы при квантовых переходах. Излучения делят на диапазоны по длинам волн: инфракрасное излучение, видимое (свет), ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и т.д.

ср. radiation;
emanation ионизирующее излучение радиоактивное излучение жесткое излучениеradiation

beaming, emanation, radiated emission, emission, irradiation, radiation, shedding

n.radiation, emanation, beam, emission; тормозное излучение, Bremsstrahlung

излучение с физ. Ausstrahlung f c, Strahlung f радиоактивное излучение radioaktive ( - v q ] Strahlung защита от излучения Stralenschutz m 1

с физ.

Ausstrahlung f, Strahlung f

радиоактивное излучение — radioaktive Strahlung

защита от излучения — Stralenschutz m

излучениеAussendung

с.

émission f, irradiation f, rayonnement m; émanation f(эманация)

радиоактивное излучение — rayonnement radioactif

ионизирующее излучение — émission ionisante

тепловое излучение — émission calorifique

с.

irradiación f, radiación f, emisión f, emanación f

радиоакти́вное излуче́ние — irradiación radi(o)activa

излуче́ние тепла́ — radiación (emanación) de calor

с. физ.

irradiazione f, irradiamento m, emissione f

тепловое излучение — irradiazione di calore

ИЗЛУЧЕНИЕ

электромагнитное, в классич. электродинамике образование эл.-магн. волн ускоренно движущимися заряж. ч-цами (или перем. токами); в квант. теории рождение фотонов при изменении состояния квант. системы; термин «И.» употребляется также для обозначения самого свободного (т. е. излучённого) эл.-магн. поля. Основы классич. теории И. (электродинамики) заложены в 1-й пол. 19 в. англ. физиками М. Фарадеем и Дж. Максвеллом; последний развил идеи Фарадея и придал им строгую матем. форму. Классич. теория И. объяснила мн. характерные черты процессов И. (она осталась, напр., теор. базой электротехники и радиотехники), но не смогла дать удовлетворит. описания законов теплового излучения, спектров атомов и молекул. Эти и ряд др. проблем удалось решить лишь в рамках квант. теории И. Первая работа, положившая начало квант. теории И., принадлежит нем. физику М. Планку (1900), к-рый вывел ф-лу для распределения энергии в спектре равновесного теплового излучения, впервые приняв, что ат. системы испускают эл.-магн. волны не непрерывно, а порциями, квантами. Основы квант. теории излучения заложили А. Эйнштейн, дат. физик Н. Бор, франц. физик Л. де Бройль и др. Полное теор. обоснование она получила после создания квантовой электродинамики.

Классическая теория излучения (теория Максвелла). Физ. причины существования свободного эл.-магн. поля (т. е. самоподдерживающегося, независимого от возбудивших его источников) тесно связаны с тем, что изменяющееся во времени электрич. поле Е порождает магн. поле Н, а изменяющееся Н — вихревое электрич. поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. Благодаря конечности скорости распространения эл.-магн. поля, оно может существовать автономно от породившего его источника и не исчезает с устранением источника (напр., радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).

В процессе И. эл.-магн. поле уносит от источника И. энергию. Плотность потока энергии этого поля определяется Пойнтинга вектором П, к-рый пропорционален векторному произведению (ЕН).

Интенсивность И.?и — энергия, уносимая полем от источника в ед. времени. Порядок её величины определяется ср. плотностью потока через к.-л. замкнутую поверхность (обычно выбирают сферическую радиуса R, её площадь =R ), и при R ®?

Для того чтобы эта величина не обращалась в нуль, т. е. для возможности существования свободного эл.-магн. поля, необходимо, чтобы Е и Н убывали не быстрее, чем 1/R. Это требование удовлетворяется для вихревой части поля, порождаемого ускоренно движущимися зарядами.

И. движущегося заряда. Простейший источник поля — точечный заряд. У покоящегося или равномерно движущегося (в пустоте) заряда И. отсутствует. Излучает эл.-магн. волны лишь ускоренно движущийся заряд. Прямые вычисления на основе ур-ний Максвелла показывают, что интенсивность И. такого заряда равна:

где е — величина заряда, а — его ускорение. В зависимости от природы ускорения заряж. ч-ц И. иногда имеет определ. название. Так, И., возникающее при торможении ч-ц в в-ве в результате воздействия на них кулоновских полей ядер и эл-нов атомов, наз. тормозным излучением. И. заряж. ч-цы, движущейся в магн. поле, может быть синхротронным излучением, ондуляторным излучением и т. д.

В частном случае, когда заряд совершает гармонич. колебания, ускорение а по величине равно произведению отклонения х заряда от положения равновесия (z=x0sinwt, где х0 — амплитуда отклонения) на квадрат частоты со. Усреднённая по времени t интенсивность И.

т. е. при увеличении частоты растет пропорц. w4.

Электрическое дипольное И. Простейшей системой, к-рая может быть источником И., явл. электрич. диполь с перем. моментом: два связанных колеблющихся разноимённых заряда равной величины. Если заряды диполя совершают гармонич. колебания навстречу друг другу, то дипольный электрич. момент d изменяется по закону: d=d0sinwt (d0 — амплитуда момента). Усреднённая по времени t интенсивность И. такого диполя?эл дип равна:

И. колеблющегося диполя неизотропно, т. е. энергия, испускаемая им в разл. направлениях, неодинакова. Вдоль оси колебаний И. отсутствует, в перпендикулярном к оси направлении — максимально; для промежуточных направлений оно пропорц. sinq2, где q — угол, отсчитываемый от оси колебаний.

Реальные излучатели, как правило, включают множество зарядов. Точный учёт всех деталей движения каждого из них при исследовании И. излишен, т. к. детали распределения зарядов (и токов) в излучателе вдали от него сказываются слабо. Это позволяет заменять истинное распределение зарядов приближённым. В низшем приближении положит. и отрицат. заряды излучающей системы мысленно «стягиваются» к центрам своего распределения. Для электронейтральной системы это означает замену её электрич. диполем, излучающим согласно (4). Такое приближение наз. дипольным, а соответствующее И.— электрическим дипольным И.

Электрическое квадрупольное и высшие мультипольные И. Если у системы зарядов дипольное И. отсутствует, напр. из-за равенства нулю дипольного момента, то необходимо учитывать след. приближение, в к-ром система зарядов рассматривается как квадруполь. Ещё более детальное описание излучающей системы зарядов даёт рассмотрение последующих приближений, в к-рых распределение зарядов описывается мулътиполями высших порядков (диполь наз. мультиполем 1-го порядка, квадруполь — 2-го и т. д. порядков).

В каждом последующем приближении интенсивность И. примерно в (v/с)2 меньше, чем в предыдущем (если, конечно, последнее не отсутствует по к.-л. причинам). Если излучатель нерелятивистский, т. е. все его заряды имеют скорости, много меньшие световой (v/с<-1), то гл. роль играет низшее неисчезающее приближение. Так, если имеется дипольное И., оно явл. основным, а все остальные высшие мультипольные поправки крайне малы и их можно не учитывать. В случае релятив. излучателей вклад мультиполей высших порядков перестаёт быть малым.

Магнитное дипольное И. Кроме электрич. диполей и высших мультиполей, источниками И. могут быть также магн. диполи и мультиполи (как правило, основным явл. дипольное магн. И.). Дипольный магн. момент М магн. диполя, напр. контура с током, определяется силой тока I в контуре и его геометрией. Для плоского контура абс. величина момента M=(e/c)IS, где S — площадь, охватываемая контуром. Ф-лы для интенсивности магн. дипольного И. аналогичны соответствующим ф-лам для И. электрич. диполя (дипольный момент d в них заменён На магн. дипольный момент М). Т. к. отношение М к d имеет порядок v/c, где v — скорость движения зарядов, образующих ток, интенсивность магн. дипольного И. в (v/c)2 раз меньше, чем электрического дипольного, т. е. того же порядка величины, что и электрич. квадрупольное И.

И. релятивистских частиц. Пример такого И.— синхротронное И. эл-нов в циклич. ускорителях (синхротронах). Резкое отличие от нерелятив. И. проявляется здесь уже в спектр. составе И.: при частоте w обращения заряж. ч-цы в ускорителе (нерелятив. излучатель испускал бы волны такой же частоты) интенсивность И. имеет максимум при частоте wмякс=g3w, где g=(1-(v/c)2)-1/2, т. е. осн. доля И. при v®c приходится на частоты более высокие, чем со. Такое И. направлено почти по касательной к орбите ч-цы, в осн. вперёд по направлению её движения.

Ультрарелятив. заряж. ч-ца может излучать эл.-магн. волны, даже если она движется прямолинейно и равномерно (но только в в-ве, а не в пустоте!). Это т. н. Черенкова — Вавилова излучение возникает в том случае, если скорость заряж. ч-цы в среде превосходит фазовую скорость света в этой среде u=с/n, где n — показатель преломления среды. И. появляется вследствие того, что ч-ца «обгоняет» порождаемое ею поле. Излучает также равномерно движущаяся заряж. ч-ца при пересечении границы раздела двух сред с разными показателями преломления (см. ПЕРЕХОДНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ).

Квантовая теория излучения. Выше отмечалось, что классич. теория даёт лишь приближённое описание процессов И. Однако существуют и такие физ. системы, И. к-рых невозможно описать в согласии с опытом на основе классич. электродинамики даже приближённо. Важная особенность таких квант. систем, как атом или молекула, заключается в том, что их внутр. энергия меняется не непрерывно, а может принимать лишь определ. значения, образующие дискр. набор. Переход системы из одного энергетич. состояния в другое (см. КВАНТОВЫЙ ПЕРЕХОД) происходит скачкообразно; в силу закона сохранения энергии, система при таком переходе должна терять или приобретать определ. «порцию» энергии. Чаще всего этот процесс реализуется в виде испускания (или поглощения) системой кванта И.— фотона. Энергия кванта eg=hw. Фотон, обладая волн. св-вами, проявляется как единое целое, испускается и поглощается целиком, в одном акте, имеет определённые энергию, импульс и спин (проекцию момента кол-ва движения на направление импульса), т. е. обладает рядом корпускулярных св-в. Такая двойственность фотона представляет собой частное проявление корпускулярно-волнового дуализма.

Последоват. развитием квант. теории И. явл. квантовая электродинамика. Однако мн. результаты, относящиеся к процессам И. квант. систем, можно получить из более простой, полуклассической теории И. Ф-лы последней, согласно соответствия принципу, при определённом предельном переходе должны давать результаты классич. теории. Т. о. устанавливается глубокая аналогия между величинами, характеризующими процессы И. в квант. и классич. теориях.

И. атома. Атом — система из ядра и движущихся в его кулоновском поле эл-нов — должен находиться в одном из дпскр. состояний (на определ. уровне энергии). При этом все его состояния, кроме основного (т. е. имеющего наименьшую энергию), неустойчивы. Атом, находящийся в неустойчивом (возбуждённом) состоянии, через нек-рое время самопроизвольно (спонтанно) переходит в состояние с меньшей энергией, испуская фотон; такое И. наз. спонтанным. Энергия, уносимая фотоном, eg=hw, равна разности энергий нач. i и кон. j состояний атома (ei>ej, eg=ei-ej); отсюда вытекает ф-ла Бора для частот И.:

Такие хар-ки спонтанного И., как направление распространения (для совокупности атомов — угл. распределение) и поляризация, не зависят от И. др. объектов (от внеш. эл.-магн. поля).

Ф-ла (5) определяет дискр. набор частот (и, следовательно, длин волн) И. атома. Она объясняет линейчатый хар-р атомных спектров — каждая линия спектра соответствует одному из квант. переходов атомов данного в-ва.

Источниками эл.-магн. И. могут быть не только атомы, но и более сложные квант. системы. Общие методы описания И. таких систем те же, что при рассмотрении атомов, но конкретные особенности И. весьма разнообразны. И. молекул, напр., имеет более сложные спектры, чем И. атомов; для И. ат. ядер энергия отд. квантов (g-квантов) обычно велика.

Интенсивность И. В квант. теории, как и в классической, можно рассматривать электрич. дипольное и высшие мультипольные И. Если излучатель нерелятивистский, основным явл. электрич. дипольное И., интенсивность к-рого определяется ф-лой, близкой к классической:

Величины dij, являющиеся квант. аналогом электрич. дипольного момента, оказываются отличными от нуля лишь при определ. соотношениях между квантовыми числами нач. и кон. состояний (отбора правила для дипольного И.). Квант. переходы, удовлетворяющие таким правилам отбора, наз. разрешёнными (фактически имеется в виду разрешённое электрическое дипольное И.). Переходы же высших мультипольностей наз. запрещёнными. Этот запрет относителен: запрещённые переходы имеют относительно малую вероятность, т. е. отвечающая им интенсивность И. невелика. Те состояния, переходы из к-рых запрещены, явл. сравнительно устойчивыми, долгоживущими и наз. метастабильными состояниями.

Квант. теория И. позволяет объяснить не только различие в интенсивностях разных линий, но и распределение интенсивности в пределах каждой линии, в частности ширину спектральных линий.

Эл.-магн. И. часто возникает и при взаимных превращениях элем. ч-ц (аннигиляция эл-нов и позитронов, распад p°-мезона и т. д.).

Вынужденное И. Если частота И., падающего на уже возбуждённый атом, совпадает с одной из частот возможных для этого атома, согласно (5), квант. переходов, то атом испускает квант И., такой же, как и налетевший на него (резонансный) фотон внеш. И. Это И. наз. вынужденным. По своим св-вам оно резко отличается от спонтанного — не только частота, но и направление распространения, и поляризация испущенного фотона оказываются такими же, как и у резонансного. Вероятность вынужденного И. (в отличие от спонтанного) пропорц. интенсивности внеш. И., т. е. кол-ву резонансных фотонов. Существование вынужденного И. было постулировано Эйнштейном в 1916 при теор. анализе процессов теплового И. тел с позиций квант. теории и затем было подтверждено экспериментально. В обычных условиях интенсивность вынужденного И. мала по сравнению с интенсивностью спонтанного. Однако она сильно возрастает в т. н. активной среде, в к-рой искусственно создана инверсия населённостей, т. е. в одном из возбуждённых состояний находится больше атомов, чем в одном из состояний с меньшей энергией. При попадании в такую среду резонансного фотона испускаются фотоны, в свою очередь играющие роль резонансных. Число излучаемых фотонов лавинообразно возрастает; результирующее И. состоит из фотонов, идентичных по своим св-вам, т. е. образуется когерентный поток И. (см. КОГЕРЕНТНОСТЬ). На этом явлении основано действие квантовых генераторов и квантовых усилителей И.

Значение теории излучения. Практич. и научно-прикладное значение теории И. огромно. На ней основываются разработка и применение лазеров и мазеров, создание новых источников света, ряд важных достижений в области радиотехники и спектроскопии. Понимание и изучение законов И. важно и в др. отношении: по хар-ру И. (энергетич. спектру, угл. распределению, поляризации) можно судить о св-вах излучателя. Эл.-магн. И.— пока фактически единственный и весьма многосторонний источник информации о косм. объектах. Напр., анализ И., приходящего из космоса, позволил открыть такие необычные небесные тела, как пульсары. Изучение спектров далёких внегалактич. объектов подтвердило теорию расширяющейся Вселенной. С другой стороны, исследование И. позволило решить мн. вопросы строения в-ва. Именно теории И. принадлежит особая роль в формировании всей совр. физ. картины мира: преодоление трудностей, возникших в электродинамике движущихся сред, привело к созданию относительности теории; исследования Планком теплового излучения положили начало всей квант. теории.

ИЗЛУЧЕНИЕ, перенос энергии ЭЛЕМЕНТАРНЫМИ ЧАСТИЦАМИ ИЛИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ. Любое ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ проходит через ВАКУУМ, что отличает его от таких явлений как ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, КОНВЕКЦИЯ и передача звука. В вакууме электромагнитные волны перемещаются со скоростью света (29972,5 км/сек). Но эта скорость немного уменьшается, когда волны проходят через вещество (например, когда свет проходит через стекло); этот эффект объясняет явление ПРЕЛОМЛЕНИЯ. Электромагнитное излучение также проявляет некоторые свойства потока фотонов. Подобным образом потоки частиц, таких как электроны, проявляют свойства волн, что делает возможным ДИФРАКЦИЮ электронов, как в ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ.

IИзлуче́ние (син. радиация)

испускание электромагнитных волн или элементарных частиц.

α-излуче́ние — см. Альфа-излучение.

β-излуче́ние — см. Бета-излучение.

γ-излуче́ние — см. Гамма-излучение.

Излуче́ние ви́димое (син. свет) — оптическое И., занимающее в общем электромагнитном спектре участок с длиной волны в пределах от 400 до 700 нм.

Излуче́ние инфракра́сное (син.: И. тепловое, инфракрасные лучи) — оптическое И., занимающее в общем электромагнитном спектре участок с длиной волны от 0,74 мкм до 2 мм.

Излуче́ние ионизи́рующее (син. радиация проникающая — нрк) — И., взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков; вызывает различные биологические эффекты, используемые в медицине или требующие защиты человека от И. и.

Излуче́ние ионизи́рующее втори́чное — И. и., возникающее в результате взаимодействия первичного И. и. со средой.

Излуче́ние ионизи́рующее перви́чное — И. и., которое в рассматриваемом процессе взаимодействия со средой принимается за исходное.

Излуче́ние корпускуля́рное — ионизирующее И. в виде потока частиц с массой покоя, отличной от нуля (альфа- и бета-частиц, протонов, нейтронов и др.); некоторые виды И. к. применяются в лучевой терапии и радиоизотопной диагностике.

Излуче́ние косми́ческое — ионизирующее И., представляющее собой совокупность первичного И., поступающего из космического пространства, и вторичного И., возникающего в результате взаимодействия первичного И. со средой, главным образом с атмосферой Земли.

Излуче́ние нейтро́нное — корпускулярное излучение, представляющее собой поток нейтронов.

Излуче́ние опти́ческое (син. свет) — электромагнитное И. в диапазоне длин волн от 1 нм до 1 мм; включает видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.

Излуче́ние прото́нное — корпускулярное И., представляющее собой поток протонов; применяется в лучевой терапии.

Излуче́ние рентге́новское — см. Рентгеновское излучение.

Излуче́ние теплово́е — см. Излучение инфракрасное.

Излуче́ние ультрафиоле́товое (син. ультрафиолетовые лучи) — оптическое И. с длиной волны от 10 до 400 нм, занимающее в общем электромагнитном спектре область между видимым и рентгеновским И.

Излуче́ние электромагни́тное — И., представляющее собой поток фотонов; в состав И. э. входят гамма-излучение, рентгеновское, оптическое и радиоизлучение.

возбуждение волн в упругой среде каким-либо колеблющимся объектом; используется в диагностических и лечебных целях (особенно ультразвуковое И.).

ИЗЛУЧЕ́НИЕ -я; ср. к Излучи́ть - излуча́ть и Излучи́ться - излуча́ться. Солнечное и. И. тепла. И. радиоволн. Радиоактивное и.

* * *

электромагнитное, процесс образования свободного электромагнитного поля; излучением называется также само свободное электромагнитное поле. Излучают ускоренно движущиеся заряженные частицы (например, тормозное излучение, синхротронное излучение, излучение переменных диполя, квадруполя и мультиполей высших порядков). Атом и другие атомные системы излучают при квантовых переходах из возбуждённых состояний в состояния с меньшей энергией.

* * *

ИЗЛУЧЕ́НИЕ электромагнитное, процесс образования свободного электромагнитного поля; излучением называют также само свободное электромагнитное поле. Излучают ускоренно движущиеся заряженные частицы (напр., тормозное излучение, синхротронное излучение, излучение переменных диполя, квадруполя и мультиполей высшего порядков). Атом и другие атомные системы излучают при квантовых переходах из возбужденных состояний в состояния с меньшей энергией.

1) процесс возбуждения электромагнитных волн в окружающей среде колеблющимися заряженными частицами;

2) излучением называют также сами электромагнитные волны в процессе их распространения в той или иной среде.

1) И. электромагнитное - процесс испускания электромагнитных волн, а также само перем. электромагн. поле этих волн. Согласно представлениям классич. физики, И. осуществляется ускоренно движущимися электрич. заряж. частицами (в частности, перем. токами). В квантовой теории И. рассматривается как рождение фотонов при переходах атомов, молекул и др. квантов, систем из одного состояния в другое. Различают индуцированное излучение, спонтанное излучение, тормозное излучение, а также тепловое излучение, люминесценцию и комбинационное рассеяние света.

2) И. радиоактивное - альфа-частицы, электроны, позитроны, антинейтрино, нейтрино, нейтроны, гамма-фотоны, возникающие при радиоактивном распаде (см. Радиоактивность).

3) И. звука - возбуждение звуковых волн в упругой среде (воздухе, воде), окружающей источник звука.

ИЗЛУЧЕНИЕ — распространяющиеся в пространстве волны (см.) какой-либо природы или потоки каких-либо частиц, а также процесс И. волн или потока частиц какой-либо физ. системой; (1) И. электромагнитное: а) видимое — оптическое И., непосредственно воспринимаемое глазом человека (см. видимый свет), 6) инфракрасное — электромагнитные волны, невидимые глазом, с длиной волны от 0,76 до 500 микрометров (мкм). Со стороны коротких волн инфракрасные лучи примыкают к красному участку (диапазону) спектра (см.) видимого света, со стороны длинных волн — к коротковолновому радиоизлучению; в) ультрафиолетовое — электромагнитные волны, область которых находится между фиолетовым диапазоном видимого спектра и рентгеновскими лучами; г) ионизирующее — И., вызывающее ионизацию (см.) среды; д) космическое — И., источником которого являются космические объекты; е) лазерное — когерентное И., генерируемое лазером (см.); ж) люминесцентное — оптическое И., возникающее в результате воздействия электрического поля на люминофор (см.); з) радиоизлучение — процесс И. радиоволн, главным образом антеннами радиопередатчиков и радиолокаторов, а также энергия, переносимая излучаемыми радиоволнами; и) рентгеновское — не видимое глазом И., обладающее высокой проникающей способностью. Приёмники, регистрирующие И.: фотоплёнка, люминесцентные экраны, детекторы (см.) ядерных излучений; (2) И. радиоактивное — процесс радиоактивного распада (см. радиоактивность), при котором спонтанно испускаются альфа-частицы (см.), бета-частицы (см.), гамма-лучи (см.), позитроны, нейтрино и антинейтрино; (3) И. звука, возбуждение звуковых волн в упругой среде (воздухе, воде), окружающей источник звука.