Характеристическое время взаимодействия

Акт взаимодействия излучения или потока частиц с веществом происходит за определенный промежуток времени. Если изучаемая система за этот промежуток времени претерпевает изменения, то результат взаимодействия усредняется по нескольким состояниям системы. Отсюда очевидна необходимость введения понятия характеристического времени взаимодействия, которое можно сопоставлять со средним временем жизни тех или иных форм и состояний изучаемых систем.

Формулировка этого понятия вытекает из принципа неопределенности Гейзенберга. Действительно, если АЕ и At — измеряемые интервалы соответственно энергии и времени, то.

Учитывая, что ДE = h, где v — частота перехода или излучения, взаимодействующего с системой, имеем.

Для пучка частиц, используя закон де Бройля, получим.

Рассеяние электромагнитных волн атомом

Каналы рассеяния.

Остановимся кратко на основных характеристиках упругих и неупругих каналов рассеяния. Одним из основных процессов взаимодействия электромагнитного излучения с атомом является фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект). Этот канал рассеяния характеризуется хорошо известной кривой поглощения в функции от длины волны X или частоты электромагнитного излучения и имеет точки разрыва, называемые скачками поглощения для К-, L-, Моболочек и следующих оболочек атома (см. главу 2). Сечение взаимодействия фотоэффекта есть вероятность данного вида взаимодействия фотона с веществом. Оно зависит от энергии фотона и от атомного номера элемента, с которым происходит взаимодействие. При фотоэффекте фотон полностью поглощается атомом. Этот процесс требует минимальной энергии, равной энергии связи электрона. Энергия, получаемая от фотона, тратится на вырывание электрона из атома и на сообщение уже свободному электрону кинетической энергии. Известно, что вероятность фотоэффекта максимальна, когда энергия фотона незначительно превышает некоторое критическое значение. Свойства фотоэффекта можно сформулировать следующим образом. Зависимость сечения фотоэффекта от энергии пропорциональна примерно ЕГЪ, где показатель степени изменяется с изменением атомного номера элемента Z, и в слабопоглощающих средах он возрастает до 3.5. Для заданной энергии вероятность фотоэффекта зависит от Z (электронное сечение фотоэффекта изменяется примерно как Z3, а полное атомное сечение пропорционально Z4). Отсюда следует, что вероятность фотоэффекта резко повышается с уменьшением энергии возбуждающего излучения.

Когерентное или рэлеевское рассеяние является процессом, когда фотоны рассеиваются на связанных с атомом электронах, и в котором атомы не ионизированы и не возбуждены. Рассеяние от разных частей распределенного в атоме заряда будет тогда когерентным, и будут наблюдаться интерференционные эффекты.

Для ансамбля рассеивающих атомов, состоящего из различных их сортов, этот процесс может быть когерентным или некогерентным в зависимости от расположения атомов. Часто предполагается, что рэлеевское рассеяние является упругим процессом. Однако рассеяние на свободных атомах не может быть строго упругим, потому что фононы теряют энергию. В кристаллической решетке этот процесс незначительный, поскольку кристалл поглощает, как целое. Вместе с этим, взаимодействие с колебаниями атомов в решетке (фононами) может дать выход неупругого термодиффузного рассеяния.

Некогерентное (комптоновское) рассеяние может быть вызвано столкновением между фотоном и случайным электроном. Это рассеяние неупругое, потому что фотон теряет некоторую часть энергии и меняет соответственно длину волны.

Процессы взаимодействия излучения с веществом приводят также к рентгеновской флуоресценции и выходу электронов, фотоэлектронов, Оже-электронов и комптоновской потере электронов.