Томсоновское рассеяние

Томсоновское (томпсоновское) рассеяние (рассеяние Томсона) в упругое (рэлеевское) 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 рассеянной волны в 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 рассеянного 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, рассеянной единицей объема в единицу времени в единичный телесный угол) рассеянной волны описывается следующим уравнением (в системе СИ):

$\frac{d\varepsilon_\lambda}{d\Omega}=I_{0\lambda}n\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+cos^2(\varphi)}{2};$

где $n$ в плотность заряженных частиц, $q$ в заряд частицы, $m$ в масса частицы, $I_{0\lambda}$ в спектральная плотность мощности падающего излучения, $\varphi$ в угол между падающей волной и направлением наблюдения, $\varepsilon_0$ в диэлектрическая проницаемость вакуума.

Величина $\frac{d\sigma}{d\Omega}=\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+cos^2(\varphi)}{2}$ называется дифференциальным сечением рассеяния.

Величина $\sigma_T=\frac{8\pi}{3}\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2$ называется полным сечением рассеяния. Как следует из формулы, сечение рассеяния протона пренебрежимо мало по сравнению с сечением рассеяния электрона (обратно пропорционально квадрату массы).

Для электрона томсоновское сечение рассеяния равно $\sigma_{Thomson}=6.652\times\,10^{-29}$ м².

Величина $\frac{e^2}{4\pi\varepsilon_0 m_ec^2}=2.8\times\,10^{-15}$ м называется классическим радиусом электрона.

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

См. также

• Рамановское рассеяние
• Рэлеевское рассеяние
• Эффект Комптона
• Эффект Тиндаля