थॉमसन प्रकीर्णन

थॉमसन प्रकीर्णन एक मुक्त आवेशित कण द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का लोचदार प्रकीर्णन है, जैसा कि शास्त्रीय विद्युत चुंबकत्व द्वारा वर्णित है। यह कॉम्पटन स्कैटेरिंग की निम्न-ऊर्जा सीमा है: बिखरने के परिणामस्वरूप कण की गतिज ऊर्जा और फोटॉन आवृत्ति नहीं बदलती है। यह सीमा तब तक मान्य है जब तक फोटॉन ऊर्जा कण की द्रव्यमान ऊर्जा से बहुत कम है: $$\nu\ll mc^2/h $$, या समकक्ष रूप से, यदि प्रकाश की तरंग दैर्ध्य कण के कॉम्प्टन तरंग दैर्ध्य से बहुत अधिक है (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों के लिए, कठिन एक्स-रे की तुलना में लंबी तरंग दैर्ध्य)।

घटना का विवरण
कम-ऊर्जा सीमा में, घटना तरंग (फोटॉन) का विद्युत क्षेत्र आवेशित कण को ​​​​त्वरित करता है, जिसके कारण यह घटना तरंग के समान आवृत्ति पर Bremsstrahlung का उत्सर्जन करता है, और इस प्रकार तरंग बिखर जाती है। प्लाज्मा भौतिकी में थॉमसन स्कैटरिंग एक महत्वपूर्ण घटना है और इसे सबसे पहले भौतिक विज्ञानी जे जे थॉमसन ने समझाया था। जब तक कण की गति गैर-विशेष सापेक्षता है (अर्थात इसकी गति प्रकाश की गति से बहुत कम है), कण के त्वरण का मुख्य कारण घटना तरंग के विद्युत क्षेत्र घटक के कारण होगा। पहले सन्निकटन में, चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव की उपेक्षा की जा सकती है। कण दोलनशील विद्युत क्षेत्र की दिशा में गति करेगा, जिसके परिणामस्वरूप द्विध्रुव#द्विध्रुव विकिरण होगा। गतिमान कण अपने त्वरण के लम्बवत दिशा में सबसे अधिक तीव्रता से विकिरण करता है और वह विकिरण उसकी गति की दिशा में ध्रुवीकरण (तरंगें) होगा। इसलिए, एक पर्यवेक्षक कहां स्थित है, इस पर निर्भर करते हुए, एक छोटी मात्रा के तत्व से बिखरा हुआ प्रकाश अधिक या कम ध्रुवीकृत प्रतीत हो सकता है।

आने वाली और देखी गई तरंग (यानी बाहर जाने वाली तरंग) के विद्युत क्षेत्र को अवलोकन के विमान में पड़े उन घटकों (आने वाली और देखी गई तरंगों द्वारा निर्मित) और उन घटकों को उस विमान के लंबवत में विभाजित किया जा सकता है। समतल में पड़े हुए घटकों को रेडियल कहा जाता है और जो तल के लंबवत होते हैं वे स्पर्शरेखा होते हैं। (इन शब्दों को स्वाभाविक दिखाना मुश्किल है, लेकिन यह मानक शब्दावली है।)

दाईं ओर का आरेख अवलोकन के तल को दर्शाता है। यह आपतित विद्युत क्षेत्र के रेडियल घटक को दिखाता है, जो आवेशित कणों को प्रकीर्णन बिंदु पर त्वरण के एक रेडियल घटक (यानी, अवलोकन के तल पर एक घटक स्पर्शरेखा) को प्रदर्शित करने का कारण बनता है। यह दिखाया जा सकता है कि प्रेक्षित तरंग का आयाम χ के कोज्या, घटना और प्रेक्षित तरंगों के बीच के कोण के समानुपाती होगा। तीव्रता, जो कि आयाम का वर्ग है, फिर कॉस के एक कारक से कम हो जाएगी2(χ). यह देखा जा सकता है कि स्पर्शरेखा घटक (आरेख के तल के लंबवत) इस तरह से प्रभावित नहीं होंगे।

प्रकीर्णन को उत्सर्जन गुणांक द्वारा सबसे अच्छा वर्णित किया जाता है जिसे ε के रूप में परिभाषित किया जाता है जहां ε dt dV dΩ dλ एक आयतन तत्व द्वारा प्रकीर्णित ऊर्जा है $$dV $$ तरंगदैर्घ्य λ और λ+dλ के बीच ठोस कोण dt में समय dt में। एक पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से, दो उत्सर्जन गुणांक हैं, εr रेडियल ध्रुवीकृत प्रकाश और ε के अनुरूपt स्पर्शरेखा ध्रुवीकृत प्रकाश के अनुरूप। अध्रुवीकृत घटना प्रकाश के लिए, ये निम्न द्वारा दिए गए हैं:



\varepsilon_t = \frac{3}{16\pi} \sigma_t In $$

\varepsilon_r = \frac{3}{16\pi}\sigma_t In \cos^2\chi $$ कहाँ $$n$$ प्रकीर्णन बिंदु पर आवेशित कणों का घनत्व है, $$I$$ घटना प्रवाह है (यानी ऊर्जा/समय/क्षेत्र/तरंग दैर्ध्य) और $$\sigma_t$$ आवेशित कण के लिए थॉमसन क्रॉस सेक्शन (भौतिकी) है, जिसे नीचे परिभाषित किया गया है। आयतन तत्व द्वारा विकिरित कुल ऊर्जा $$dV $$ तरंग दैर्ध्य λ और λ+dλ के बीच के समय में सभी दिशाओं (ठोस कोण) पर उत्सर्जन गुणांकों के योग को एकीकृत करके पाया जाता है:



\int\varepsilon \, d\Omega = \int_0^{2\pi} d\varphi \int_0^\pi d\chi (\varepsilon_t + \varepsilon_r) \sin \chi = I \frac{3 \sigma_t}{16\pi} n 2 \pi (2 + 2/3) = \sigma_t I n. $$ थॉमसन डिफरेंशियल क्रॉस सेक्शन, उत्सर्जन गुणांक के योग से संबंधित है, द्वारा दिया गया है



\frac{d\sigma_t}{d\Omega} = \left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0mc^2}\right)^2 \frac{1+\cos^2\chi} 2 $$ एसआई इकाइयों में व्यक्त; q प्रति कण आवेश है, m कण का द्रव्यमान है, और $$\varepsilon_0$$ एक स्थिर, मुक्त स्थान की पारगम्यता। (इकाइयों की सेंटीमीटर ग्राम दूसरी प्रणाली में एक व्यंजक प्राप्त करने के लिए, 4 का गुणनखंड छोड़ दें$\pi$इ0।) ठोस कोण पर एकीकरण, हम थॉमसन क्रॉस सेक्शन प्राप्त करते हैं



\sigma_t =\frac{8\pi} 3 \left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0mc^2}\right)^2 $$ एसआई इकाइयों में।

महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि क्रॉस सेक्शन फोटॉन फ्रीक्वेंसी से स्वतंत्र है। क्रॉस सेक्शन मास एम और चार्ज क्यू के बिंदु कण के शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन त्रिज्या के वर्ग के लिए एक साधारण संख्यात्मक कारक द्वारा आनुपातिक है, अर्थात्



\sigma_t = \frac{8\pi} 3 r_e^2 $$ वैकल्पिक रूप से, इसे के संदर्भ में व्यक्त किया जा सकता है $$\lambda_c$$, कॉम्पटन वेवलेंथ और कपलिंग स्थिरांक:



\sigma_t = \frac{8 \pi} 3 \left(\frac{\alpha \lambda_c}{2\pi}\right)^2 $$ एक इलेक्ट्रॉन के लिए, थॉमसन क्रॉस-सेक्शन संख्यात्मक रूप से दिया जाता है:

\sigma_t =\frac{8 \pi} 3 \left(\frac{\alpha \hbar c}{m c^2}\right)^2 = 6.6524587158 \ldots\times 10^{-29} \text{ m}^2 = 66.5 \ldots \text{ (fm)}^2 = 0.665 \ldots \text{barns} $$

थॉमसन प्रकीर्णन के उदाहरण
ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में थॉमसन स्कैटरिंग के लिए जिम्मेदार एक छोटा रैखिक-ध्रुवीकृत घटक होता है। तथाकथित कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड#ई-मोड्स|ई-मोड्स की मैपिंग करने वाले उस ध्रुवीकृत घटक का पहली बार 2002 में  डिग्री कोणीय स्केल इंटरफेरोमीटर  द्वारा पता लगाया गया था।

सौर कश्मीर कोरोना  सौर कोरोनल इलेक्ट्रॉनों से सौर विकिरण के थॉमसन प्रकीर्णन का परिणाम है। ESA और NASA  सौर और हेलिओस्फेरिक वेधशाला  मिशन और NASA STEREO मिशन तीन अलग-अलग उपग्रहों से इस K-कोरोना को मापकर सूर्य के चारों ओर इलेक्ट्रॉन घनत्व की त्रि-आयामी छवियां उत्पन्न करते हैं।

tocarmack में, जड़त्वीय परिरोध संलयन लक्ष्यों और अन्य प्रायोगिक संलयन शक्ति उपकरणों के कोरोना, प्लाज्मा (भौतिकी) में इलेक्ट्रॉन तापमान और घनत्व प्लाज्मा डायग्नोस्टिक्स हो सकते हैं # उच्च तीव्रता वाले  लेज़र  के थॉमसन बिखरने के प्रभाव का पता लगाकर उच्च सटीकता के साथ थॉमसन स्कैटरिंग खुशी से उछलना।

Sunyaev-Zeldovich प्रभाव में, जहां फोटॉन ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बाकी द्रव्यमान से बहुत कम है, कॉम्पटन स्कैटरिंग | व्युत्क्रम-कॉम्प्टन स्कैटरिंग को इलेक्ट्रॉन के बाकी फ्रेम में थॉमसन स्कैटरिंग के रूप में अनुमानित किया जा सकता है। एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी थॉमसन स्कैटरिंग पर आधारित है।

यह भी देखें

 * कॉम्पटन स्कैटेरिंग
 * कपित्सा-डिराक प्रभाव
 * क्लेन-निशिना सूत्र

बाहरी संबंध

 * Thomson scattering notes
 * Thomson scattering: principle and measurements