Bremsestråling

Bremsestråling, òg kalla bremsstrahlung av tysk bremsen og strahlung er elektromagnetisk stråling som oppstår ved rask akselerasjon av ein ladd partikkel. Dette skjer t.d. når eit elektron passerer gjennom feltet frå ein atomkjerne. Fenomenet vart oppdaga av Nikola Tesla under høgfrekvensforsking mellom 1888 og 1897.

Tverrsnitt av bremsestråling for utstråling av eit foton med energi 30 keV når eit elektron kolliderer med eit proton
S(0) - Tverrsnitt
E_e - Energien til elektronet
Blå - Ikkje-relativistisk
Raud - Ultra-relativistisk

Bremsestråling vert kategorisert òg som fri-fri stråling fordi strålinga kjem frå ladde partiklar som er frie både før og etter interaksjonen som skapar strålingar, og altså ikkje er låst t.d. i orbitalar. Strålinga har eit kontinuerleg elektromagnetisk spektrum, dvs. at han ikkje er kvantifisert. Dette skuldast at det ikkje er nokre diskrete nivå for bremsinga, ein partikkel kan bremsast heilt ned eller ikkje blir i det heile bremsa, og gjev eit spektrum med ei klår avskjering for maksimalt energinivå. Fordi tverrsnittet er eit uttrykk for sannsynet for interaksjon viser figuren sannsynet for å få eit foton med energi 30 keV ved ulik energi for eit varmt elektron med ei skarp avskjering ved 30 keV.

Bremsestråling kan sjåast som eit fellesomgrep på all stråling som skuldast akselerasjon av ladde partiklar, men nyttast oftast spesifikt om elektron som raskt endrar fart i eit material. Stråling som skuldast ladde partiklar som rører seg i eit magnetisk felt vert kalla synkrotronstråling.

Årsaker og verknad

Bremsestråling må forklarast ved kvanteelektrodynamikk. Når ein ladd partikkel kjem nær ein annan ladd partikkel vil dei påverkast av gjensidig elektromagnetisk kraft. Dette resulterer i ein akselerasjon (avbøying, nedbremsing eller auking av fart). Dette kan sjåast som ein dipol mellom dei to partiklane som endrar lengd og orientering over tid, og resulterer i utsending av energi i form av eit eller fleire foton. Frekvensen til dei utsende fotona er avhengig av relativ snøggleik, ladingar, massar og konsentrasjonen av fleire ladingar. Effekten kjem uavhengig av kva partiklar som rører seg; Varme ion (atomkjernar med høg midlare kinetisk energi) som rører seg gjennom eit område med kalde elektron vil akselerere elektrona og ha same effekt som varme elektron med same relative fart som rører seg gjennom eit område med kalde atomkjernar.

Energien som vert send ut er proporsjonal med 1/m² og der m er kvilemassen til partikkelen. Bremsestråling er difor spesielt viktig for lette ladde partiklar som elektron og positron. Opptil energinivå på 100 GeV bidreg bremsestråling i vesentleg grad berre til energitap i samband med slike lette partiklar. Bremsestråling vil normalt ha ei flat fordeling for alle energinivå opp mot maksimal partikkelenergi og deretter eit raskt eksponentielt fall mot ein klår avskjeringsverdi.

Ytr bremsestråling

«Ytre bremsestråling» refererer til tilhøva når energitapet ved stråling langt overskrid tapa ved ionisering. Tap ved ionisering opptrer når interaksjonane medfører at elektrona eksiterast frå orbitala rundt atomkjernen (krev f.eks 13.6 ev ved ionisering av eit hydrogenatom i grunntilstand). Ytre bremsestråling dominerer ved energinivå over 50 keV.

Indre bremsestråling

«Indre bremsestråling» er mindre vanleg og refererer til stråling som opptrer ved svak vekselverknad. Dette skjer t.d. ved betanedbryting når nøytron vert nedbroten og sender ut eit elektron og ein nøytrino eller når eit foton absorberast av eit proton og resulterer i eit nøytron, eit positron og ein antinøytrino. Dette gjev ei endring i energitilstanden som normalt blir tilført reaksjonsprodukta i form av kinetisk energi. Men fordi det skjer ei rask endring av det elektriske feltet kan delar av energien vert avgjeve som eit foton med energi opp til spranget i energitilstand. Aukande energi for elektronet gjev tilsvarande lågare verdi for fotona sine energispektrum. Ved elektroninnfanging kjem fotonenergien derimot til frådrag i energien til nøytinoen og har breiast spektrum ved omtrent ein tredjedel av normal nøytrinoenergi. Spekteret når null breidd ved null energi når nøytrinoet har normal energi.

Sekundærstråling

Bremsestråling er «sekundærstråling» i den tydinga at dei blir produsert som resultat av interaksjonar med primær betastråling (elektron). Denne effekten blir ofte brukt for å skjerme for farleg betastråling. Men i nokre tilfelle (t.d. for fosfor isotopen ³²P) vil bruk av tunge metall som bly i skjerminga i seg sjølv skape eit farleg energispektrum på sekundær bremsestråling. Då vil lettare material som plast, tre eller vatn gje ein mjukare retardasjon og lågare energi, derfor lengre bølgjelengd på betastrålinga.

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Bremsstrahlung» frå Wikipedia på bokmål, den 1. juli 2012.
  • Wikipedia på bokmål oppgav desse kjeldene:

Sjå òg

• Elektromagnetisk stråling
• Kvanteelektrodynamikk

Bakgrunnsstoff

• Bremsstrahlung fra «Eric Weisstein's World of Physics»
• Bremsstrahlung fra Physics-2000, University of Colorado
• Bremsstrahlung fra Åbo universitet