«Тормозное излучение»

электромагнитное излучение, испускаемое заряженной частицей при её рассеянии (торможении) в электрическом поле. Иногда в понятие Т. и. включают также излучение релятивистских заряженных частиц, движущихся в макроскопических магнитных полях (в ускорителях, в космическом пространстве), и называют его магнитотормозным; однако более употребительным в этом случае является термин Синхротронное излучение.

Согласно классическом электродинамике, которая достаточно хорошо описывает основные закономерности Т. и., его интенсивность пропорциональна квадрату ускорения заряженной частицы (см. Излучение). Так как ускорение обратно пропорционально массе m частицы, то в одном и том же поле Т. и. легчайшей заряженной частицы — электрона будет, например, в миллионы раз мощнее излучения протона. Поэтому чаще всего наблюдается и практически используется Т. и., возникающее при рассеянии электронов на электростатическом поле атомных ядер и электронов; такова, в частности, природа рентгеновских лучей (См. Рентгеновские лучи) в рентгеновских трубках и гамма-излучения (См. Гамма-излучение), испускаемого быстрыми электронами при прохождении через вещество.

Спектр фотонов Т. и. непрерывен и обрывается при максимально возможной энергии, равной начальной энергии электрона. Интенсивность Т. и. пропорциональна квадрату атомного номера Z ядра, в поле которого тормозится электрон (по закону Кулона сила f взаимодействия электрона с ядром пропорциональна заряду ядра Ze, где е — элементарный заряд, а ускорение определяется вторым законом Ньютона: а= f/m). При движении в веществе электрон с энергией выше некоторой критической энергии E₀ тормозится преимущественно за счёт Т. и. (при меньших энергиях преобладают потери на возбуждение и ионизацию атомов). Например, для свинца E₀ — 10 Мэв, для воздуха — 200 Мэв.

Рассеяние электрона в электрическом поле атомного ядра и атомных электронов является чисто электромагнитным процессом, и его наиболее точное описание даёт квантовая электродинамика (см. Квантовая теория поля). При не очень высоких энергиях электрона хорошее согласие теории с экспериментом достигается при учёте одного только кулоновского поля ядра. Согласно квантовой электродинамике, в поле ядра существует определённая вероятность квантового перехода электрона в состояние с меньшей энергией с излучением, как правило, одного фотона (вероятность излучения большего числа фотонов мала). Поскольку энергия фотона E_γ равна разности начальной и конечной энергии электрона, спектр Т. и. (рис. 1) имеет резкую границу при энергии фотона., равной начальной кинетической энергии электрона T_e. Так как вероятность излучения в элементарном акте рассеяния пропорциональна Z², то для увеличения выхода фотонов Т. и. в электронных пучках используются мишени из веществ с большими Z (свинец, платина и т.д.). Угловое распределение Т. и. существенно зависит от T_e: в нерелятивистском случае (T_e ≤ m_ec²; где m_e — масса электрона, с — скорость света) Т. и. подобно излучению электрического диполя (См. Диполь), перпендикулярного к плоскости траектории электрона. При высоких энергиях (T_e >> m_ec²) Т. и. направлено вперёд по движению электрона и концентрируется в пределах конуса с угловым раствором порядка θ —m_ec²/T_e рад (рис. 2); это свойство используется для получения интенсивных пучков фотонов высокой энергии (γ-квантов) на электронных ускорителях. Т. и. является частично поляризованным.

Дальнейшее уточнение теории Т. и. достигается учётом экранирования кулоновского поля ядра атомными электронами. Поправки на экранирование, существенные при T_e >> m_ec² и E_γ <>T_e, приводят к снижению вероятности Т. и. (так как при этом эффективное поле меньше кулоновского поля ядра).

На свойства Т. и. при прохождении электронов через вещество влияют эффекты, связанные со структурой среды и многократным рассеянием электронов. При T_e >>100 Мэв многократное рассеяние сказывается ещё и в том, что за время, необходимое для излучения фотона, электрон проходит большое расстояние и может испытать столкновения с другими атомами. В целом многократное рассеяние при больших энергиях приводит в аморфных веществах к снижению интенсивности и расширению пучка Т. и. При прохождении электронов больших энергий через кристаллы возникают интерференционные явления — появляются резкие максимумы в спектре Т. и. и увеличивается степень поляризации (рис. 3).

Причиной значительного Т. и. может быть тепловое движение в горячей разреженной плазме (с температурой 10⁵—10⁶ К и выше). Элементарные акты Т. и., называются в этом случае тепловым, обусловлены столкновениями заряженных частиц, из которых состоит плазма. Космическое рентгеновское излучение, наблюдение которого стало возможным с появлением искусственных спутников Земли, частично (а излучение некоторых дискретных рентгеновских источников, возможно, полностью) является, по-видимому, тепловым Т. и.

Тормозное рентгеновское и гамма-излучение широко применяются в технике, медицине, в исследованиях по биологии, химии и физике.

Лит.: Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1969; Байер В. Н., Катков В. М., Фадин В. С., Излучение релятивистских электронов, М., 1973; Богданкевич О. В., Николаев Ф. А., Работа с пучком тормозного излучения, М,, 1964: Соколов А. А., Тернов И. М., Релятивистский электрон, М.,1974.

Э. А. Тагиров.

Рис. 1. Теоретические спектры энергии (E_γ) фотонов тормозного излучения (с учётом экранирования) в свинце (4 верхних кривых) и в алюминии (нижняя кривая); цифры на кривых — начальная кинетическая энергия электрона T_e в единицах энергии покоя электрона m_ec² — 0,511 Мэв (интенсивность I дана в относительных единицах).

Рис. 2. Угловое распределение тормозного излучения при высоких начальных энергиях электронов (T_e >> m_ec²).

Рис. 3. Поляризация Р (верхняя кривая) и энергетический спектр (нижняя кривая) фотонов у тормозного излучения как функция E_γ в единицах полной начальной энергии электрона E_e = T_e + m_ec² для E_e = 1 Гэв (интенсивность I дана в произвольных единицах).

ТОРМОЗНОЕ излучение - электромагнитное излучение, возникающее при рассеянии (торможении) быстрой заряженной частицы в кулоновском поле атомных ядер и электронов; существенно для легких частиц - электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. Примеры: тормозное рентгеновское излучение в рентгеновской трубке, тормозное гамма-излучение быстрых электронов ускорителя при их попадании на мишень и т. д.

bremsstrahlung

bremsstrahlung, deceleration emission, deceleration radiation, slowing-down radiation

ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

злектромагн. излучение, испускаемое заряж. ч-цей при её рассеянии (торможении) в электрич. поле. Иногда к Т. и. относят также излучение релятив. заряж. ч-ц, движущихся в макроскопич. магн. полях (в ускорителях, в косм. пр-ве), и называют его магнитотормозным; однако более употребителен в этом случае термин синхротронное излучение.

Согласно классич. электродинамике, к-рая с хорошим приближением описывает осн. закономерности Т. и., его интенсивность пропорц. квадрату ускорения заряж. ч-цы (см. ИЗЛУЧЕНИЕ). Т. к. ускорение обратно пропорц. массе m ч-цы, то в одном и том же поле Т. и. легчайшей заряж. ч-цы — эл-на будет, напр., в миллионы раз мощнее излучения протона. Поэтому чаще всего наблюдается и практически используется Т. и., возникающее при рассеянии эл-нов на электростатич. поле ат. ядер и эл-нов; такова, в частности, природа тормозного рентгеновского излучения и гамма-излучения, испускаемых быстрыми эл-нами при прохождении их через в-во.

Интенсивность Т. и. эл-на пропорц. также квадрату ат. номера Z ядра, в поле к-рого он тормозится (по закону Кулона сила f вз-ствия эл-на с ядром пропорц. заряду ядра Ze, где е — элем. электрич. заряд, а ускорение определяется вторым законом Ньютона: а=f/m).

Спектр фотонов Т. и. непрерывен и обрывается при максимально возможной энергии, равной нач. энергии эл-на. При движении в в-ве эл-н с энергией выше нек-рой критич. энергии?0 тормозится преим. за счёт Т. и. (при меньших энергиях преобладают потери на возбуждение и ионизацию атомов). Напр., для свинца?0»10 МэВ, для воздуха — 200 МэВ.

Рис. 1. Теор. спектры энергии?g фотонов тормозного излучения с учётом экранирования в свинце (четыре верхние кривые) и в алюминии (нижняя кривая); цифры на кривых — нач. кинетич. энергия Tе эл-на в ед. энергии покоя эл-на mec2»0,511 МэВ (интенсивность I дана в относит. единицах).

Наиболее точное описание Т. и. даёт квантовая электродинамика. При не очень высоких энергиях эл-на хорошее согласие теории с экспериментом достигается при рассмотрении рассеяния эл-нов только в кулоновском поле ядра. Согласно квант. электродинамике, в поле ядра существует определ. вероятность квант. перехода эл-на в состояние с меньшей энергией с испусканием, как правило, одного фотона (вероятность излучения большого числа фотонов мала). Поскольку энергия фотона?gравна разности нач. и кон. энергий эл-на, спектр Т. и. (рис. 1) имеет резкую границу при энергии фотона, равной нач. кинетич. энергии эл-на Те. Т. к. вероятность излучения в элем. акте рассеяния пропорц. Z2, то для увеличения выхода фотонов Т. и. в электронных пучках используются мишени из в-в с большими Z (свинец, платина и т. п.). Угл. распределение Т. и. существенно зависит от Te: в нерелятив. случае (Tе meс2) Т. и. направлено вперёд по движению эл-на и концентрируется в пределах конуса с угл. раствором q»mec2/Tе рад (рис. 2); это св-во используется для получения интенсивных пучков фотонов высокой энергии (g-квантов) на электронных ускорителях. Т. и. частично поляризовано.

Рис. 2. Угл. распределение тормозного излучения при ультрарелятив. нач. энергиях эл-нов Т e->meс2.

Дальнейшее уточнение теории Т. и. достигается учётом экранирования кулоновского поля ядра ат. эл-нами. Поправки на экранирование, существенные при Te->mec2 и?g<-Te, приводят к снижению вероятности Т. и. (т. к. при этом эфф. поле меньше кулоновского поля ядра).

На св-ва Т. и. при прохождении эл-нов через в-во влияют эффекты, связанные со структурой среды и многократным рассеянием эл-нов. При Те->100 МэВ многократное рассеяние сказывается ещё и в том, что за время, необходимое для излучения фотона, эл-н проходит большое расстояние и может испытать столкновения с др. атомами. В целом многократное рассеяние при больших энергиях приводит в аморфных в-вах к снижению интенсивности и расширению пучка Т. и.

Рис. 3. Поляризация Р (верхняя кривая) и энергетич. спектр (нижняя кривая) фотонов тормозного излучения как ф-ция?gв ед. полной нач. энергии эл-на?e= Te+mec2 для?e=1 ГэВ (интенсивность I дана в произвольных единицах).

При прохождении эл-нов больших энергий через кристалл возникает их дифракция — появляются резкие максимумы в спектре Т. и. и увеличивается степень поляризации (рис. 3).

Причиной значит. Т. и. может быть тепловое движение в горячей разреж. плазме (с темп-рой 105—106К и выше). Элем. акты Т. и., наз. в этом случае тепловым, обусловлены столкновениями заряж. ч-ц, из к-рых состоит плазма. Косм. рентг. излучение, наблюдение к-рого стало возможным с появлением искусств. спутников Земли, частично (а излучение нек-рых дискр. рентг. источников, возможно, полностью) является, по-видимому, тепловым Т. и.

ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (нем. Bremsstrahlung), электромагнитное ИЗЛУЧЕНИЕ в форме рентгеновских лучей, испускаемых при замедлении заряженных частиц или резком изменении их направления. Эта ситуация возникает, когда электроны на высокой скорости влетают в электрическое поле атомного ядра. Тормозному излучению соответствует определенный непрерывный диапазон длины волн ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СПЕКТРА.

тормозно́е излуче́ние

электромагнитное излучение, возникающее при рассеянии (торможении) быстрой заряженной частицы в кулоновском поле атомных ядер и электронов; существенно для лёгких частиц — электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. Примеры: тормозное рентгеновское излучение в рентгеновской трубке, тормозное гамма-излучение быстрых электронов ускорителя при их попадании на мишень и т. д.

* * *

ТОРМОЗНО́Е ИЗЛУЧЕ́НИЕ, электромагнитное излучение, возникающее при рассеянии (торможении) быстрой заряженной частицы в кулоновском поле атомных ядер и электронов; существенно для легких частиц — электронов и позитронов. Спектр тормозного излучения непрерывен, максимальная энергия равна начальной энергии частицы. Примеры: тормозное рентгеновское излучение в рентгеновской трубке, тормозное гамма-излучение быстрых электронов ускорителя при их попадании на мишень и т. д.

электромагнитное излучение, испускаемое заряж. частицей при её торможении (изменении скорости) в электрич. поле. Напр., при торможении электронов в электростатич. поле атомных ядер и электронов атомов возникает тормозное рентгеновское излучение, к-рое имеет непрерывный спектр частот вплоть до наибольшей частоты v_max = E/h. где Е - нач. кинетич. энергия электрона, h - Планка постоянная. К Т. и. часто относят излучение, испускаемое заряж. частицами, движущимися с очень большими (релятивистскими) скоростями в магнитном поле, синхротронное излучение. Рентгеновское Т. и. используется в пром-сти и медицине, а космич. Т. и. - в астрофиз. исследованиях.

bremsstrahlung, deceleration emission, deceleration radiation, slowing-down radiation

* * *

braking radiation

radiazione di frenamento

гальмівне́ випромі́нювання

гальмівне́ випромі́нювання