مقاله دانشگاهی – اندازه گیری دمای پلاسما به روش پراکندگی تامسون۹۳- قسمت ۱۱

۱-٣-۲– پراکندگی رامان[۱۱]
برهمکنش ناکشسان فوتون با مولکول منجر به پراکندگی رامان میشود. در پراکندگی رامان فرکانس تابش پراکنده شده در فرکانسهای مجزا و معینی بالاتر و پایینتر از فرکانس تابش اولیه میباشد. مولکول تنها مطابق قوانین کوانتایی میتواند مقادیر انرژی بگیرد و یا از دست بدهد. هرگاه مولکول انرژیای برابر با EΔ (اختلاف انرژی بین دو حالت از حالتهای مجاز آن) کسب کند، انرژی فوتون پراکنده شده مساوی hν – ΔE بوده و فرکانس تابش خواهد بود. بر عکس اگر مولکول انرژی EΔ از دست بدهد فرکانس تابش پراکنده شده برابر خواهد بود.
پراکندگی رامان شامل دوگونه است :
١- تابش استوکس[۱۲] : فرکانس تابش پراکنده شده کوچکتر از فرکانس پرتوی اولیه است در این حالت انرژی مولکول افزایش یافته است.
٢- تابش آنتی استوکس[۱۳] : فرکانس تابش پراکنده شده بزرگتر از فرکانس پرتوی اولیه است در این حالت انرژی مولکول کاهش یافته است.
شکل ١-۴- پراکندگی استوکس و آنتی استوکس
دیدگاه کلاسیکی اثر رامان ( قطبش پذیری مولکولی)
وقتی مولکولی در یک میدان الکتریکی ساکن قرار میگیرد قدری تغییر شکل پیدا میکند. هستههای مثبت بطرف قطب منفی و الکترونها بطرف قطب مثبت میدان کشیده میشوند. این جدا شدن مراکز بار باعث القاء یک ممان دو قطبی الکتریکی در مولکول شده و مولکول قطبیده میشود.
اندازه گشتاور دو قطبی القایی بستگی به بزرگی میدان بکار رفته و میزان تغییر شکلپذیری مولکول دارد : . قطبش پذیری حتی سادهترین مولکول نظیر در تمام جهات یکسان نیست و به اصطلاح غیر ایزوتروپیک است، بدین معنی که الکترونهای پیوندی مولکول در اثر یک میدان الکتریکی همراستا با محور پیوند، راحتتر ازمواقعی است که راستای میدان عمود بر محور پیوند باشد، جابجا میشوند .
تابشی با فرکانس خارجی را در نظر میگیریم :
حال اگر این تابش با مولکول برهمکنش داشته باشد ، دو حالت به وجود میآید :
الف – دو قطبی القایی نیز با همین فرکانس نوسان خواهد کرد. (پراکندگی ریلی)
ب – اگر مولکول دارای حرکات درونی از قبیل ارتعاش یا چرخش باشد که قطبشپذیری آن را متناوباً تغییر دهد. در اینصورت حرکت ارتعاشی یا چرخشی فوق نیز با دوقطبی نوسان کننده توأم خواهد شد.
۱-٣-٣- پراکندگی کامپتون
برخلاف نور معمولی، پرتو ایکس و گاما را نمیتوان توسط آینه، به دام انداخت و یا بازتابانده شود. هنگامی که پرتو گاما از این مسیر عبور میکند، با الکترونهای موجود در بلور برخورد کرده و با انرژی کمتری پراکنده میشوند این پدیده پراکندگی کامپتون نام دارد. طول موج پرتو ایکس و گاما آنقدر کوتاه است که میتوانند از میان فضای بین اتمهای یک آشکارساز عبور کنند. معمولاً آشکارسازهای اشعه گاما شامل تودههای بلوری بسیار متراکمی هستند. در این برخورد، ذراتی به وجود میآیند که میتوان با حسگرهای خاصی آنها را آشکار کرد. از زمان بیگبنگ از (انفجار بزرگ)، انفجارهای اشعه گاما، پرانرژیترین و نورانیترین حوادث الکترومغناطیسی بودهاند و در ١٠ ثانیه میتوانند انرژیای آزاد کنند که خورشید در منظومه شمسی در طول عمر ١٠ بیلیون ساله خود میتواند آزاد کند.
از معادله (١-۲۷) میتوان دریافت، پراکندگی کامپتون یک پراکندگی غیرکشسان میباشد.
شکل ١-۵- پراکندگی کامپتون
١-٣-۴– پراکندگی بریلوئن
پراکندگی بریلوئن زمانی رخ میدهد که نور در یک محیط (مانند هوا، آب یا کریستال) با تغییرات چگالی اپتیکی وابسته به زمان واکنش میدهد و انرژی (فرکانس) و مسیر آن را تغییر میدهد. تغییرات چگالی ممکن است ناشی از مدهای آکوستیکی مانند فونونها، مدهای مغناطیسی مانند مگنونها و یا گرادیانهای دمایی باشد.
از دیدگاه فیزیک کلاسیک، زمانیکه محیطی تغییرات ضریب شکستش فشرده شود و کسری از موج نور عبوری با این تغییرات ضریب شکست واکنش دهد، محیط مثل یک توری پراش سه بعدی عمل کرده و نور منحرف میشود. بنابراین موج صوتی نیز هنگام انتشار نور را دچار یک شیفت دوپلری میکند و در نتیجه فرکانس آن را تغییر میدهد.
از دیدگاه کوانتومی، پراکندگی بریلوئن واکنشی بین یک موج الکترومغناطیسی و موج چگالی (پراکندگی فوتون – فونون)، موج اسپینی مغناطیسی (پراکندگی فوتون- مگنون)، یا یک شبه ذره فرکانس پایین دیگر است. این پراکندگی غیر کشسان است. فوتون ممکن است انرژی از دست بدهد و یک شبه ذره بسازد (فرآیند استوکس) یا اینکه یک شبه ذره نابود شود و فوتون انرژی کسب کند (فرآیند ضد استوکس).
١-۴- پراکندگی تامسون
در پراکندگی تامسون منظور پراکندگی تابش الکترومغناطیسی از یک فضای باردار است [۲]. میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی موج فرودی به ذره شتاب می‌دهند. ذره باردار به خاطر شتاب‌گرفتن از خود تابش می‌کند و به این ترتیب موج فرودی پراکنده می‌شود. اگرچه پلاسما شامل الکترونها و یونهاست اما به بررسی پراکندگی فقط در مورد الکترونها پرداخته میشود. زیرا در نتیجه و بنابراین مقدار پراکندگی تامسون یک یون بسیار کوچکتر از یک الکترون است.
در شکل (۱-۶) رابطه بین امواج پراکنده و نور لیزر تابشی بصورت قطبی خطی نشان داده شده است .
 
شکل ۱-۶- مختصات زاویه تابش و زاویه پراکندگی
زاویه بین بردا

دانلود متن کامل این پایان نامه در سایت abisho.ir

ر موج تابش kو بردار موج پراکنده kS، زاویه پراکندگی نامیده می شود و با نمایش داده میشود. در جهت Ei هیچ تشعشعی وجود ندارد. دیفرانسیل سطح مقطع پراکندگی تامسون ,مستقل از طول موج نور تابشی iλ است. برای بدست آوردن چگالی ابتدا باید σ را بدست آورده :
در حد غیر نسبیتی برای توان تابشی داریم [۳] :
بردار میدان الکتریکی برابر
و نیروی لورنتس وارد بر ذره به شکل زیر است :
در رابطه (۱-٣٠)، میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی، بار ذره و سرعت ذره است. ازآنجاییکه B=E/c است از میدان مغناطیسی صرفنظر میشود، در نتیجه شتاب ذره :
با توجه به شکل (١-۷) میتوان نوشت:
 
شکل ۱-۷- نمایش بردارهای پراکندگی و زوایای آن.
و بردارهای یکه هستند.
ضرب داخلی با بردار برابر است با :
به دلیل اینکه دوره تناوب تکرار میشود ، از دوره تناوب متوسط زمانی گرفته میشود :
چون رابطه بین موج پراکنده و نور لیزر تابشی بصورت قطبی خطی است، از صرفنظر میشود.
حال برای اثبات، به میانگین توان تابشی نیاز است که بصورت زیر تعریف میشود :
برای بدست آوردن شعاع کلاسیکی بصورت زیر عمل میشود :
از معادله بالا بدست میآید :