Неупругое рассеяние - Inelastic scattering

В химии , ядерной физике и физике элементарных частиц , неупругое рассеяние является фундаментальным Рассеяние процессом , в котором кинетическая энергия падающей частицы не сохраняется (в отличие от упругого рассеяния ). В процессе неупругого рассеяния часть энергии падающей частицы теряется или увеличивается. Хотя этот термин исторически связан с концепцией неупругого столкновения в динамике , эти две концепции совершенно разные; Неупругие столкновения в динамике относятся к процессам, в которых полная макроскопическая кинетическая энергия не сохраняется. В общем, рассеяние за счет неупругих столкновений будет неэластичным, но, так как упругие столкновения часто передачи кинетической энергии между частицами, рассеяние за счет упругих столкновений может быть также в упругой, так как в комптоновского рассеяния .

Электроны

Когда электрон является падающей частицей, вероятность неупругого рассеяния, зависящая от энергии налетающего электрона, обычно меньше, чем вероятность упругого рассеяния. Таким образом, в случае дифракции электронов в газе (GED), дифракции электронов высоких энергий на отражение (RHEED) и дифракции электронов на пропускание, поскольку энергия налетающего электрона велика, вкладом неупругого рассеяния электронов можно пренебречь. Глубокое неупругое рассеяние электронов на протонах стало первым прямым доказательством существования кварков .

Фотоны

Когда фотон является падающей частицей, возникает процесс неупругого рассеяния, называемый комбинационным рассеянием света . В этом процессе рассеяния падающий фотон взаимодействует с веществом (газом, жидкостью и твердым телом), и частота фотона смещается в сторону красного или синего цвета. Красный сдвиг можно наблюдать, когда часть энергии фотона передается взаимодействующей материи, где она добавляется к своей внутренней энергии в процессе, называемом стоксовым рамановским рассеянием. Голубой сдвиг можно наблюдать, когда внутренняя энергия вещества передается фотону; этот процесс называется антистоксовым комбинационным рассеянием света.

Неупругое рассеяние наблюдается при взаимодействии электрона с фотоном. Когда фотон высокой энергии сталкивается со свободным электроном (точнее, слабо связанным, поскольку свободный электрон не может участвовать в неупругом рассеянии с фотоном) и передает энергию, этот процесс называется комптоновским рассеянием. Кроме того, когда электрон с релятивистской энергией сталкивается с инфракрасным или видимым фотоном, электрон передает энергию фотону. Этот процесс называется обратным комптоновским рассеянием .

Нейтронов

Нейтроны испытывают множество типов рассеяния, включая как упругое, так и неупругое рассеяние. Произойдет ли упругое или неупругое рассеяние, зависит от скорости нейтрона, быстрого или теплового , или где-то посередине. Он также зависит от ядра, в которое он поражает, и его нейтронного сечения . При неупругом рассеянии нейтрон взаимодействует с ядром, и кинетическая энергия системы изменяется. Это часто активирует ядро, переводя его в возбужденное, нестабильное, короткоживущее энергетическое состояние, которое заставляет его быстро испускать какое-то излучение, чтобы вернуть его обратно в стабильное или основное состояние. Могут испускаться альфа, бета, гамма и протоны. Частицы, рассеянные в этом типе ядерной реакции, могут вызвать отдачу ядра в другом направлении.

Молекулярные столкновения

Неупругое рассеяние является обычным явлением при столкновении молекул. Любое столкновение, которое приводит к химической реакции, будет неупругим, но термин неупругое рассеяние зарезервирован для тех столкновений, которые не приводят к реакциям. Существует передача энергии между поступательной модой (кинетической энергией) и вращательной и колебательной модами.

Если переданная энергия мала по сравнению с падающей энергией рассеянной частицы, говорят о квазиупругом рассеянии .

Смотрите также

• Теория рассеяния
• Упругое рассеяние

использованная литература