диффузия излучения

ДИФФУЗИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ - распространение излучения в среде при наличии процессов многократного поглощения и последующего некогерентного испускания фотонов. Д. и. характерна для молекулярных и атомарных систем, в к-рых имеется полное или частичное перекрытие спектров поглощения и испускания, типичное в случае реабсорбции излучения. Примером среды, в к-рой лучистый перенос энергии осуществляется путём Д. и., может служить оптически плотная газовая плазма (см. Излучение плазмы ).В ней кванты резонансного излучения многократно перепоглощаются и переизлучаются, прежде чем покидают излучающий объём.

Независимость направления спонтанного испускания кванта от направления распространения кванта, приведшего к фотовозбуждению атома среды, ещё в нач. 20-х гг. [А. Комптон (A. Compton)] привела к попытке рассмотреть перенос излучения в условиях перепоглощения как процесс, аналогичный диффузии классич. частиц. В рамках этой аналогии приближённая связь потока квантов заданной частоты v с их плотностью даётся выражением , где - коэф. "диффузии" квантов, аналогичный коэф. диффузии атомов и молекул: с - скорость "движения" квантов, - длина их пробега в веществе.

Условием применимости диффузионного приближения при рассмотрении лучистого переноса энергии, как и в случае диффузии частиц, является малость изменения плотности излучения на масштабах порядка длины пробега . При выполнении этого условия диффузионное приближение даёт неплохие результаты и используется, напр., при рассмотрении лучистого теплообмена в среде при небольших отклонениях от термодинамич. равновесия [1].

В действительности аналогия между Д. и. и диффузией частиц не является точной. Важная особенность распространения фотонов в среде состоит в том, что после поглощения кванта заданной частоты в месте поглощения может быть испущен новый квант др. частоты и в произвольном направлении. Более строгое рассмотрение процесса Д. и. проводится с учётом распространения всех фотонов, относящихся к данной спектральной линии вещества. В этом случае ослабление пучка фотонов, распространяющихся в среде, уже не удовлетворяет обычному экспоненциальному Бугера - Ламберта - Бера закону, а описывается интегральным выражением вида

где w_v - вероятность испускания фотона частоты - коэф. поглощения на данной частоте. Строгая теория Д. и. приводит к интегродифференциальному ур-нию для определения распространяющегося потока квантов [2, 3]; при этом ядро ур-ния есть медленно убывающая с расстоянием ф-ция, вид к-рой определяется типом уширения спектральной линии. Разработаны методы расчёта задач Д. и. в строгой постановке [3, 4], дающие хорошие результаты при интерпретации данных о распределении поля и распространении излучения в резонансных средах.

Иногда термин "Д. и." применяется при описании распространения излучения в неоднородных (рассеивающих) средах, однако это употребление не общепринято.

Лит.: 1) Зельдович Я. В., Райзер Ю. П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, M., 1963; 2) Биберман Л. M., К теории диффузии резонансного излучения, "ЖЭТФ", 1947, т. 17, с. 416; 3) Преображенский H.Г., Спектроскопия оптически плотной плазмы, Новосиб., 1971; 4) Биберман Л. M., Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы, M., 1982.

В. Л. Комолов.

   <<      Предметный указатель      >>