تشتت تومسون

من موسوعة العلوم العربية
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث

تشتت تومسون في الفيزياء (بالإنجليزية: Thomson scattering) تشتت مرن للفوتونات عند اصتدامها بجسيمات أولية مشحونة ، مثل الإلكترونات الحرة أو شبه الحرة (أي ليست مرتبطة بذرات. أكتشف تلك الظاهرة العالم الفيزيائي جوزيف تومسون .

عندما تقع جسيمات أولية مشحونة تحت تأثير موجة كهرومغناطيسية فإنها يبدأ في الاهتزاز في نفس مستوي المجال الكهربي . ونظرا لأان هذا الهتزاز عبارة عن حركة معجلة فإن الجسيمات تشع في نفس الوقت طاقة في هيئة موجة كهرومغناطيسية لها نفس تردد الشعاع الساقط . وعندئذ يمكن القول أن الشعاع الساقط يتشتت على الجسيم .

ويتم تشتت تومسون بدون رد فعل ، أي بدون انتقال لطاقة من الفوتون الساقط وبين الإلكترون . ويتم ذلك النوع من التشتت عندما تكون طاقة الشعاع الساقط صغيرة ، أي أن تكون طول الموجة للموجة الكهرومغناطيسية أكبر كثيرا من نصف قطر الذرة (مثل الأشعة السينية الضعيفة الطاقة).

أما إذا قصرت طول موجة الشعاع الساقط ، أي تكون طاقته عالية ، فإن التشتت (أو التصادم) على الإلكترون يحدث حركة عكسية للإلكترون يجب أخذه في الحسبان ، ويسمى ذلك النوع من التشتت تشتت كومبتون وهو يحدث لأشعة أكس و أشعة جاما عند تشتتها على الإلكترونات.


معادلات التشتت

Thomson scattering geometry.png

يمكن تقسيم المجال المغناطيسي للشعاع الساقط إلى متجهين ، أحدهما في نفس مستوى الشعاع الساقط والرؤية (وهو مستوي الصفحة) ، والآخر عمودي عليه . ونسمي تلك المتجهات التي تقع في مستوي الصفحة بالمتجهات "الشعاعية" ، و العمودية عليها المتجهات "العرضية" ، حيث يظهروا بهذا الشكل للمشاهد.

ويبين الشكل التشتت في مستوي الرؤية . ويبين المتجه الشعاعي للمجال الكهربي الساقط والذي يتسبب في حركة الجسيم المشحون الموجود في نقطة الاصتدام . ويمكن اثبات أن مطال الموجة المشاهدة يتناسب مع جيب تمام χ ، حيث χ هي الزاوية بين الشعاع الساقط والشعاع المشاهد.

وشدة الشعاع ، والتي تحسب بمربع المطال ، تقل متناسبة مع مربع جيب تمام الزاوية ( cos2(χ. على مستوي الصفحة . كما يمكن إثبات أن المتجهات العرضية (العمودية على مستوي الصفحة ) لن تتأثر بل تبقى ثابتة.

ويمكن وصف التشتت بمعامل إصدار ، والذي تعرف بالمعامل ε حيث ε dt dV dΩ dλ هي الطاقة المشتتة من وحدة الحجوم خلال الفترة الزمنية dt في الزاوية الصلبة dΩ بين طول الموجة λ و λ+dλ .

ومن وجهة رؤية المشاهد فيوجد معاملان للإصدار ، أولهما εr وهو يؤول إلى الضوء المستقطب "شعاعي" والآخر εt يؤول إلى الضوء المستقطب "عرضيا". وفي حالة الضوء الساقط الغير مستقطب ، فيعطى المعاملان بالمعادلتين :

و

حيث:

n كثافة الجسيمات المشحونة عند نقطة التشتت
I الفيض الساقط (ووحدته : طاقة/ثانية/ سنتيمتر مربع / طول الموجة ) ،

σ هي مقطع التصادم التفاضلي للجسيمات المشحونة (وتعريفها: مساحة/زاوية صلبة)

وهي تساوي:

حيث أن جزء المعادلة الأول بوحدات نظام وحدات سنتيمتر غرام ثانية ، أما الجزء الثاني من المعادلة فهو بوحدات النظام الدولي SI :

q شحنة الجسيم ،
m كتلة الجسيم ,
ثابت سماحية الفراغ
c سرعة الضوء في الفراغ .

ويلاحظ هنا أن ذلك هو مربع نصف القطر التقليدي لجسيم كتلته mوشحنته q.

وعلى سبيل المثال ، في حالة الإلكترون يكون مقطع التصادم التفاضلي له :

حيث:

طول موجة كومبتون للإلكترون .

ويمكن تعيين الطاقة الكلية الصادرة عن طريق إجراء التكامل على مجموع معاملي الإصدار في جميع الاتجاهات ، فنحصل على :

حيث:

σT مقطع الاصتدام الكلي .
  • (معنى مقطع التصادم التفاضلي  : عند تصادم جسيمات مع إحدة الذرات تنتشر الجسيمات المشتتة حول النواة في جميع الاتجاهات ، وقد يكون انتشارها متساويا في جميع الاتجاهات ، أو يكون انتشارها غير متساويا عند زوايا معينة ، والمقطع التفاضلي يأخذ توزيع الجسيمات المشتتة على جميع الزوايا في الحسبان.)

اقرأ أيضا

en:Thomson scattering de:Thomson-Streuung

ca:Difusió Thomson fa:پراکندگی تامسون fi:Thomsonin sironta fr:Diffusion Thomson it:Scattering Thomson ru:Томсоновское рассеяние sv:Thomsonspridning uk:Томсонівське розсіювання zh:汤姆孙散射