wechselwirkung der strahlung mit materie ( i ) anregung kohärenter streuung
TRANSCRIPT
Wechselwirkung der Strahlung mit Materie
( I ) Anregung kohärenter Streuung
Es gibt vier Arten der Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie:
• Anregung kohärenter Streuung:– Physikalische Effekte mit kohärenter Strahlung
• Anregung inkohärenter Streuung beim Photoeffekt
• Compton-Effekt• Paarbildung
Inhalt
Kohärente Strahlung
• Kohärente Strahlung entsteht als erzwungene Schwingung der gesamten Ladungsverteilung, angetrieben vom ankommenden elektromagnetischen Feld
• Sie steht in fester „Phasen“ - Beziehung zur anregenden Strahlung:
• Anregende Amplitude und Amplitude der ausgehenden Kugelwellen sind zeitlich streng korreliert
• Kohärenz ist die Voraussetzung für Beugung und Abbildung
Beispiel für die Entstehung kohärenter Strahlung
Anregende und emittierte Welle sind phasengleich
Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung bei zwei benachbarten, identischen Streuzentren:
Das Interferenzmuster der emittierten Strahlung enthält Information über das Objekt!
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Von zwei Punkten ausgehende Wellen
Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Abstand der Punkte wenig kleiner als der Abstand zwischen zwei Wellebergen
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Abstand der Punkte etwa gleich dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Abstand der Punkte etwa doppelt so groß wie der Abstand zwischen zwei Wellenbergen
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Abstände der Punkte noch größer
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Abstände der Punkte etwa das 10-fache des Abstands zwischen den Wellenbergen
Beispiel für die
Wirkung kohärenter Strahlung
Entstehung des Beugungsbilds eines Spalts
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
B
Eine einfallende ebene Welle trifft das Objekt
Kugelwellen erzeugen ein Interferenzmuster,
Im „Fernfeld“ erscheint es als divergente, ebene Wellen
Die Information über das Objekt steht in Richtung, Intensität und in der Phase der divergenten Wellen
Am Empfänger, z. B. einem Film, ist aber die Phase nicht erkennbar
Objekt Empfänger
Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung
Beugung und Abbildung im Bereich der Röntgenstrahlung
• Es gibt für Röntgenlicht keine abbildenden Linsen– Die fokussierende Wirkung ist um Zehnerpotenzen
schwächer als für sichtbares Licht
Deshalb misst man• Entweder das Interferenzmuster der Objekte
– Bei periodischen Objekten nennt man es „Beugungsmuster“
• Oder ein Absorptionsmuster bei „Durchleuchtung“ in Medizin und Technik – vergleichbar Schattenrissen im Sichtbaren, die auch
keiner Linse bedürfen
Anwendung kohärenter Röntgenstrahlung: Beugung an Kristallgittern
Für Röntgenlicht gibt es keine Linse: Das Objekt muss durch Fourier Transformation des Beugungsbilds erzeugt werden
Röntgenröhre, Bremsstrahlung
Abbildung: Beugungsbild eines kubischen Kristalls
K2SnCl6 Gitterkonstante 1,0 nm , aufgenommen in Richtung der 4-zähligen Achse in Laue Geometrie, und Schema der Bildentstehung. Der Kristall ist zu groß gezeichnet, er wird in Wirklichkeit vom Strahl umspült.
Bedeutung der „Kohärenz“
• Nur Kohärente Strahlung eignet sich zu Beugung und Abbildung– Die von einem Objekt in unterschiedliche
Richtungen ausgehenden Wellen enthalten – in ihrer Gesamtheit – Information über die Gestalt eines Objekts
Es gibt vier Arten der Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie, eine ist
• Anregung kohärenter Streuung („klassische Streuung“, „Rayleigh-Streuung“)) – Als Kugelwelle auslaufende Strahlung mit Energie der
anregenden Strahlung– steht in fester „Phasen“ Beziehung zur anregenden
Strahlung– Ursache: Erzwungene Schwingung der gesamten
Ladungsverteilung, angetrieben vom ankommenden elektromagnetischen Feld
– Kohärente Strahlung eignet sich zu Beugung und Abbildung, denn:
• Die von einem Objekt in unterschiedliche Richtungen ausgehenden Wellen enthalten – in ihrer Gesamtheit – Information über die Gestalt des Objekts
Zusammenfassung
finis