Bremsstrahlung (von, "um" und "Radiation", d. h. "das Bremsen der Radiation" oder "Verlangsamungsradiation" zu bremsen), ist elektromagnetische durch die Verlangsamung einer beladenen Partikel erzeugte Radiation, wenn abgelenkt, durch eine andere beladene Partikel, normalerweise ein Elektron durch einen Atomkern. Die bewegende Partikel verliert kinetische Energie, die in ein Foton umgewandelt wird, weil Energie erhalten wird. Der Begriff wird auch gebraucht, um sich auf den Prozess zu beziehen, die Radiation zu erzeugen. Bremsstrahlung hat ein dauerndes Spektrum, das intensiver wird und sich zu höheren Frequenzen bewegt, wenn die Energie der beschleunigten Partikeln vergrößert wird.

Genau genommen bezieht sich bremsstrahlung auf jede Radiation wegen der Beschleunigung einer beladenen Partikel, die Synchrotron-Radiation und Zyklotron-Radiation einschließt; jedoch wird es oft in mehr engerem Sinn der Radiation von Elektronen verwendet, die in der Sache anhalten.

Von Plasma ausgestrahlter Bremsstrahlung wird manchmal Radiation ohne freien genannt. Das bezieht sich auf die Tatsache, dass die Radiation in diesem Fall durch beladene Partikeln geschaffen wird, die sowohl vorher als auch nach der Ablenkung (Beschleunigung) frei sind, die die Emission verursacht.

Dipolannäherung

Nehmen Sie an, dass eine Partikel der Anklage eine Beschleunigung erfährt, die collinear mit seiner Geschwindigkeit ist (das ist der relevante Fall für geradlinige Gaspedale). Dann, der relativistische Ausdruck für den winkeligen Vertrieb des bremsstrahlung (das Betrachten nur des dominierenden Dipolstrahlenbeitrags), ist

::

:where und ist der Winkel zwischen und der Punkt der Beobachtung.

Die Integrierung über alle Winkel gibt dann die Gesamtmacht ausgestrahlt als

::

wo der Faktor von Lorentz ist.

Der allgemeine Ausdruck für die ausgestrahlte Gesamtmacht ist

::

\left (\dot {\\Beta} ^2 + \frac {(\vec {\\Beta} \cdot \dot {\\vec {\\Beta}}) ^2} {1 - \beta^2 }\\Recht) </Mathematik>

wo eine Zeitableitung dessen bedeutet. Bemerken Sie, dieser allgemeine Ausdruck für die ausgestrahlte Gesamtmacht vereinfacht zum obengenannten Ausdruck für den spezifischen Fall der Beschleunigungsparallele zur Geschwindigkeit , durch die Anmerkung davon und. Für den Fall der Beschleunigungssenkrechte zur Geschwindigkeit (ein Fall, der in kreisförmigen als Synchrotrons bekannten Partikel-Gaspedalen entsteht) nimmt die ausgestrahlte Gesamtmacht zu ab

::.

Die in den zwei Begrenzungsfällen ausgestrahlte Gesamtmacht ist zu oder proportional. Seitdem sehen wir, dass die ausgestrahlte Gesamtmacht als geht oder, der dafür verantwortlich ist, warum Elektronen Energie zur bremsstrahlung Radiation viel schneller verlieren als schwerere beladene Partikeln (z.B, muons, Protone, Alphateilchen). Das ist der Grund ein Energieelektronpositron von TeV collider (wie der vorgeschlagene Internationale Geradlinige Collider) kann keinen kreisförmigen Tunnel verwenden (das Verlangen unveränderlicher Beschleunigung), während ein Protonenproton collider (wie der Große Hadron Collider) einen kreisförmigen Tunnel verwerten kann. Die Elektronen verlieren Energie wegen bremsstrahlung an einer Rate Zeiten höher als Protone.

Thermischer bremsstrahlung

In einem Plasma erzeugen die freien Elektronen ständig bremsstrahlung in Kollisionen mit den Ionen. Eine ganze Analyse verlangt Erklärung beider binären Ampere-Sekunde-Kollisionen sowie gesammelten (dielektrischen) Verhaltens. Eine ausführliche Behandlung wird eingereicht, von dem etwas darin zusammengefasst wird, während ein vereinfachter eingereicht wird. In dieser Abteilung folgen wir der dielektrischen Behandlung von Bekefi, mit Kollisionen eingeschlossen ungefähr über die Abkürzung wavenumber.

Betrachten Sie ein gleichförmiges Plasma, mit Thermalelektronen (als verteilt gemäß dem Vertrieb von Maxwell-Boltzmann mit der Temperatur). Im Anschluss an Bekefi, die Macht geisterhafte Dichte (Macht pro winkeligen Frequenzzwischenraum pro Volumen, das über den ganzen sr des Raumwinkels, und in beiden Polarisationen integriert ist) des ausgestrahlten bremsstrahlung, wird berechnet, um zu sein

\left [{\frac {(M_ec^2) ^ {3/2}} {(k_B T_e) ^ {1/2}}} \right] E_1 (y),

</Mathematik>

wo die Elektronplasmafrequenz ist, die Zahl-Dichte von Elektronen und Ionen ist, der klassische Radius des Elektrons ist, seine Masse ist, der Boltzmann unveränderlich ist, und die Geschwindigkeit des Lichtes ist. Der erste eingeklammerte Faktor ist der Index der Brechung einer leichten Welle in einem Plasma und zeigt, dass Emission dafür außerordentlich unterdrückt wird

Die spezielle Funktion wird im integrierten Exponentialartikel definiert, und die unitless Menge ist

ist ein Maximum oder Abkürzung wavenumber, wegen binärer Kollisionen entstehend, und kann sich mit Ion-Arten ändern. Grob, wenn (typisch in plasmas, die nicht zu kalt sind), wo eV die Energie von Hartree ist, und die Elektronthermalwellenlänge von de Broglie ist. Sonst, wo die klassische Ampere-Sekunde-Entfernung der nächsten Annäherung ist.

Für den üblichen Fall finden wir

.

Die Formel dafür ist ungefähr, in dem sie erhöhte Emission vernachlässigt, die für ein bisschen oben vorkommt.

In der Grenze

wo die Euler-Mascheroni Konstante ist. Die Führung, logarithmischer Begriff wird oft gebraucht, und ähnelt dem Ampere-Sekunde-Logarithmus, der in anderen collisional Plasmaberechnungen vorkommt. Für den Klotz ist Begriff negativ, und die Annäherung ist klar unzulänglich. Bekefi gibt korrigierte Ausdrücke für den Logarthmic-Begriff, die ausführliche Berechnungen der binären Kollision vergleichen.

Die Gesamtemissionsmacht-Dichte, die über alle Frequenzen integriert ist, ist

\begin {richten }\aus

P_\mathrm {Br} &= \int_ {\\omega_p} ^\\infty d\omega {dP_\mathrm {Br }\\über d\omega} = {16 \over 3} \left [Z_i^2 n_i n_e R_e^3 \right]

\left [m_e C^3 \right] k_m G (y_p) \\

G (y_p) &= {1 \over 2\sqrt {\\Pi}} \int_ {y_p} ^\\infty dy y^ {-1/2} \left [1-{y_p\over y }\\Recht] ^ {1/2} E_1 (y) \\

y_p &= y (\omega =\omega_p)

\end {richten }\aus

</Mathematik>

und Abnahmen damit; es ist immer positiv. Da wir finden

P_\mathrm {Br} = {16 \over 3} \left [Z_i^2 n_i n_e R_e^3 \right]

\left [{c \over r_e} (m_e C^2 k_B T_e) ^ {1/2} \right] \alpha G (y_p)

</Mathematik>

Der erste eingeklammerte Faktor hat Einheiten 1/Volumen, während das zweite Einheiten der Macht hat. Bemerken Sie das Äußere der Feinstruktur unveränderlich wegen der Quant-Natur dessen. In praktischen Einheiten ist eine allgemein verwendete Version dieser Formel dafür

.

Diese Formel ist 1.59mal ein gegebener oben mit dem Unterschied wegen Details von binären Kollisionen. Solche Zweideutigkeit wird häufig durch das Einführen Hageren Faktors ausgedrückt, z.B in findet man

:

\epsilon_\mathrm {ff} = 1.4\times 10^ {-27} T^ {1/2} n_ {e} n_ {ich} Z^ {2} g_B \,

</Mathematik>

wo alles in den CGS Einheiten ausgedrückt wird.

Relativistische Korrekturen

Für sehr hohe Temperaturen gibt es relativistische Korrekturen zu dieser Formel, d. h. zusätzlichen Begriffen der Ordnung

http://theses.mit.edu/Dienst/UI/2.0/Page/0018.mit.theses/1995-130/25?npages=306

Das Abkühlen von Bremsstrahlung

Wenn das Plasma optisch dünn ist, verlässt die bremsstrahlung Radiation das Plasma, einen Teil der inneren Plasmaenergie tragend. Diese Wirkung ist als das Bremsstrahlung-Abkühlen bekannt. Es ist ein Typ des Strahlungsabkühlens. Die durch bremsstrahlung weggetragene Energie wird bremsstrahlung Verluste genannt, und, vertreten Sie beziehungsweise, einen Typ von Strahlungsverlusten. Man gebraucht allgemein den Begriff bremsstrahlung Verluste im Zusammenhang, wenn das Plasmaabkühlen, als z.B in der Fusion plasmas unerwünscht ist.

Quellen von bremsstrahlung

Röntgenstrahl-Tube

In einer Röntgenstrahl-Tube werden Elektronen in einem Vakuum durch ein elektrisches Feld beschleunigt, und der Schuss in ein Stück von Metall hat das "Ziel" genannt. Röntgenstrahlen werden ausgestrahlt, weil sich die Elektronen verlangsamen (verlangsamen) (sich) im Metall. Das Produktionsspektrum besteht aus einem dauernden Spektrum von Röntgenstrahlen mit zusätzlichen scharfen Spitzen an bestimmten Energien (sieh Graphen auf dem Recht). Das dauernde Spektrum ist wegen bremsstrahlung, während die scharfen Spitzen charakteristische Röntgenstrahlen sind, die mit den Atomen im Ziel vereinigt sind. Deshalb wird bremsstrahlung in diesem Zusammenhang auch dauernde Röntgenstrahlen genannt.

Das Spektrum hat eine scharfe Abkürzung an der niedrigen Wellenlänge, die wegen der beschränkten Energie der eingehenden Elektronen ist. Zum Beispiel, wenn ein Elektron in der Tube durch 60 kV beschleunigt wird, dann wird es eine kinetische Energie von 60 keV erwerben, und wenn es das Ziel schlägt, dass es Röntgenstrahlen mit der Energie von höchstens 60 keV durch die Bewahrung der Energie schaffen kann. (Diese obere Grenze entspricht dem Elektron, das zu einem Halt durch das Ausstrahlen gerade eines Röntgenstrahl-Fotons kommt. Gewöhnlich strahlt das Elektron viele Fotonen aus, und jeder hat eine Energie weniger als 60 keV.) Hat ein Foton mit der Energie von höchstens 60 keV Wellenlänge von mindestens 21:00 Uhr, so hat das dauernde Röntgenstrahl-Spektrum genau dass Abkürzung, wie gesehen, im Graphen. Mehr allgemein ist die Formel für die Abkürzung der niedrigen Wellenlänge:

:

wo h unveränderlicher Planck ist, ist c die Geschwindigkeit des Lichtes, V ist die Stromspannung, dass die Elektronen durch beschleunigt werden, ist e die elementare Anklage, und Premierminister ist picometres. Das wird das Duane-Jagd-Gesetz genannt.

Beta-Zerfall

Beta-Substanzen des Partikel-Ausstrahlens stellen manchmal eine schwache Radiation mit dem dauernden Spektrum aus, das wegen bremsstrahlung ist.

In diesem Zusammenhang ist bremsstrahlung ein Typ der "sekundären Radiation", in der es infolge des Aufhörens (oder das Verlangsamen) die primäre Radiation (Beta-Partikeln) erzeugt wird. Im Elektron und der Positron-Emission kommt die Energie des Fotons aus dem Paar des Elektrons/Nukleons mit dem Spektrum des bremsstrahlung, der unaufhörlich mit der zunehmenden Energie der Beta-Partikel abnimmt. In der Elektronfestnahme kommt die Energie auf Kosten des Neutrinos, und das Spektrum ist an ungefähr einem Drittel der normalen Neutrino-Energie am größten, Null an der Nullenergie und an der normalen Neutrino-Energie erreichend.

Innerer und Außenbremsstrahlung

Der "innere" bremsstrahlung entsteht aus der Entwicklung des Elektrons und seinem Verlust der Energie (wegen des starken elektrischen Feldes im Gebiet des Kern-Erleben-Zerfalls), weil es den Kern verlässt. Dem soll mit dem bremsstrahlung "Außen"-erwarteten zum Stoß auf dem Kern von Elektronen gegenübergestellt werden, die von außen (d. h., ausgestrahlt durch einen anderen Kern) kommen.

Strahlensicherheit

In einigen Fällen, z.B, ist der erzeugte bremsstrahlung durch die Abschirmung der Beta-Radiation mit den normalerweise verwendeten dichten Materialien (z.B Leitung) selbst gefährlich; in solchen Fällen muss Abschirmung mit niedrigen Dichte-Materialien z.B vollbracht werden. Plexiglass (lucite), Plastik, Holz oder Wasser; weil die Rate der Verlangsamung des Elektrons langsamer ist, hat die abgegebene Radiation eine längere Wellenlänge und dringt deshalb weniger ein.

In der Astrophysik

Der dominierende Leuchtbestandteil in einer Traube von Milchstraßen ist die 10 bis 10 kelvin Intratraube-Medium. Die Emission vom Intratraube-Medium wird durch thermischen bremsstrahlung charakterisiert. Diese Radiation ist in der Energiereihe von Röntgenstrahlen und kann mit im Weltraum vorhandenen Fernrohren wie Chandra-Röntgenstrahl-Sternwarte, XMM-Newton, ROSAT, ASCA, EXOSAT, Suzaku, RHESSI und zukünftige Missionen wie IXO http://constellation.gsfc.nasa.gov/ und Astro-H http://www.astro.isas.ac.jp/future/NeXT. leicht beobachtet werden

Bremsstrahlung ist auch der dominierende Emissionsmechanismus für H II Gebiete an Radiowellenlängen.

Siehe auch

• Zyklotron-Radiation
• Frei-Elektronlaser
• Kernfusion: Bremsstrahlung-Verluste
• Strahlenlänge, die Energieverlust durch bremsstrahlung durch hohe Energieelektronen in der Sache charakterisiert
• Synchrotron-Licht-Quelle
• Röntgenstrahlen: Geschichte
• Liste von Plasma (Physik) Artikel

Weiterführende Literatur

Links

• Index von frühen Bremsstrahlung Artikeln