тормозное излучение

ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ -эл--магн. излучение, испускаемое заряж. частицей при её рассеянии (торможении) в электрич. поле. Иногда к T. и. относят также излучение релятивистских заряж. частиц, движущихся в макроскопич. магн. полях (в ускорителях, в космич. пространстве), и называют его магнитотормозным.

Согласно классич. электродинамике, к-рая с хорошим приближением описывает осн. закономерности T. и., его интенсивность пропорциональна квадрату ускорения заряж. частицы (см. Излучение ).T. к. ускорение обратно пропорционально массе т частицы, то в одном и том же поле T. и. электрона будет, напр., в миллионы раз мощнее излучения протона. Поэтому чаще всего наблюдается и практически используется T. и., возникающее при рассея-нии электронов на эл--статич. поле атомных ядер и электронов; такова, в частности, природа тормозного рентгеновского излучения и гамма-излучения, испускаемых быстрыми электронами при прохождении их через вещество.

Интенсивность T. и. электрона пропорциональна также квадрату ат. номера Z ядра, в поле к-poro он тормозится, т. к. по закону Кулона сила взаимодействия электрона с ядром (и, следовательно, ускорение электрона) пропорциональна заряду ядра Ze (e - элементарный электрич. заряд).

Спектр Т. и. непрерывен и ограничен максимально возможной энергией фотонов Т. и., равной нач. энергии электрона. При движении в веществе электрон с энергией выше нек-рой критич. энергиитеряет энергию на Т. и., при меньших энергиях преобладают потери на возбуждение и ионизацию атомов. Значение напр., для свинца ~ 10М эВ, для воздуха ~200 МэВ.

Наиб. точное описание Т. и. даёт квантовая электродинамика .При не очень высоких энергиях электрона хорошее согласие теории с экспериментом достигается при рассмотрении рассеяния электронов только в кулоновском поле ядра. Согласно квантовой электродинамике, в поле ядра существует определ. вероятность квантового перехода электрона в состояние с меньшей энергией с испусканием, как правило, одного фотона (вероятность излучения большого числа фотонов очень мала). Поскольку энергия фотонаравна разности начальной и конечной энергий электрона, спектр Т. и. (рис. 1) имеет резкую границу при энергии фотона, равной нач. кинетич. энергии электрона Т_е. Т. к. вероятность (интенсивность) 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. п.).

Рис. 1. Теоретические кривые энергии фотонов тормозного излучения электронов в свинце (4 верхние кривые) и в алюминии (нижняя кривая) с учётом экранирования; цифры на кривых - значение T_е в единицах энергии покоя электрона Интенсивность I дана в относительных единицах.

Угл. распределение Т. и. существенно зависит от Т_е: в нерелятивистских случаях где т_е - масса электрона) оно подобно угл. распределению излучения электрич. диполя, перпендикулярного к плоскости траекторий электрона. При ультрарелятивистских энергиях Т. и. направлено вперёд по движению электрона и концентрируется в пределах конуса с угл. раствором (рад) (рис. 2); это свойство используется для получения интенсивных пучков фотонов высокой энергии (g-квантов) на электронных ускорителях. При этом Т. и. частично поляризовано.

Рис. 2. Угловое распределение тормозного излучения при ультрарелятивистских начальных энергиях элек тронов

Дальнейшее уточнение теории Т. и. достигается учётом экранирования кулоновского поля ядра электронами атома. Поправки на экранирование, существенные при и приводят к снижению вероятности (интенсивности) Т. и., т. к. при этом эфф. поле ядра меньше Ze.

На свойства Т. и. при прохождении электронов через вещество влияют эффекты, связанные с его структурой, а также с вероятностью многократного рассеяния электронов в нём. При за время, необходимое для излучения фотона, электрон проходит большое расстояние и может испытать столкновения с др. атомами. В аморфных веществах многократное рассеяние электронов больших энергий приводит к снижению интенсивности и расширению пучка Т. и.; в кристаллах возникает дифракция электронов, в спектре Т. и. появляются резкие максимумы и увеличивается степень его поляризации (рис. 3).

Причиной значит. Т. и. может быть тепловое движение частиц в горячей разреженной плазме (при темп-рах ~ 10⁵ - 10⁶ К и выше). Элементарные акты Т. и., называемые в этом случае тепловым излучением, обусловлены столкновениями заряж. частиц плазмы. Космич. рентг. излучение, наблюдение к-рого стало возможным с появлением ИСЗ, частично (а излучение нек-рых дискретных рентг. источников, возможно, полностью) является, по-видимому, тепловым Т. и.

Рис. 3. Поляризация P (верхняя кривая) и энергетический спектр (нижняя кривая) фотонов тормозного излучения как функция в единицах полной начальной энергии электрона для = 1 ГэВ (интенсивность I дана в произвольных единицах).

Лит.: Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 4 изд., М., 1981; Богданкевич О. В., Николаев F. А., Работа с пучком тормозного излучения, М., 1964; Байер В. Н., Катков В. М., Фадин В. С., Излучение релятивистских электронов, М., 1973; Соколов А. А., Тернов И. М., Релятивистский электрон, М., 1974.

Э. А. Тагиров.

   <<      Предметный указатель      >>