ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ электромагнитное
излучение, испускаемое заряженной частицей при её рассеянии (торможении)
в электрич. поле. Иногда в понятие Т. и. включают также излучение релятивистских
заряженных частиц, движущихся в макроскопич. магнитных полях (в ускорителях,
в космич. пространстве), и называют его магнитотормозным; однако
более употребительным в этом случае является термин синхротронное излучение.

Согласно классич. электродинамике,
к-рая достаточно хорошо описывает осн. закономерности Т. и., его интенсивность
пропорциональна квадрату ускорения заряженной частицы (см. Излучение).
Т. к. ускорение обратно пропорционально массе т частицы, то
в одном и том же поле Т. и. легчайшей заряженной частицы - электрона будет,
напр., в миллионы раз мощнее излучения протона. Поэтому чаще всего наблюдается
и практически используется Т. и., возникающее при рассеянии электронов
на электростатич. поле атомных ядер и электронов; такова, в частности,
природа рентгеновских лучей в рентгеновских трубках и гамма-излучения,
испускаемого быстрыми электронами при прохождении через вещество.

Спектр фотонов Т. и. непрерывен и обрывается
при максимально возможной энергии, равной начальной энергии электрона.
Интенсивность Т. и. пропорциональна квадрату атомного номера Z ядра,
в поле к-рого тормозится электрон (по закону Кулона сила f взаимодействия
электрона с ядром пропорциональна заряду ядра Zгде
е - элементарный заряд, а ускорение определяется вторым законом
Ньютона: а = f/т). При движении в веществе электрон с энергией
выше нек-рой критич. энергии Етормозится преим. за
счёт Т. и. (при меньших энергиях преобладают потери на возбуждение и ионизацию
атомов). Напр., для свинца E 10 Мэв, для
воздуха - 200 Мэв.

Рассеяние электрона в электрич. поле
атомного ядра и атомных электронов является чисто электромагнитным процессом,
и его наиболее точное описание даёт квантовая электродинамика (см. Квантовая
теория поля). При не очень высоких энергиях электрона хорошее согласие
теории с экспериментом достигается при учёте одного только куло-новского
поля ядра. Согласно квантовой электродинамике, в поле ядра существует определённая
вероятность квантового перехода электрона в состояние с меньшей энергией
с излучением, как правило, одного фотона (вероятность излучения большего
числа фотонов мала). Поскольку энергия фотона Еразности начальной и конечной энергий электрона, спектр Т. и. (рис. 1)
имеет резкую границу при энергии фотона, равной начальной кинетич.
энергии электрона Такте рассеяния пропорциональна Z², то для увеличения выхода
фотонов Т. и. в электронных пучках используются мишени из веществ с большими
Z (свинец, платина и т. п.). Угловое распределение Т. и. существенно
зависит от Тв нерелятивистском случае (Т<= т2, где mс - скорость света) T. и. подобно излучению электрич. диполя,
перпендикулярного к плоскости траектории электрона.

Рис. 1. Теоретические спектры энергии
(Eфотонов тормозного излучения (с учётом экранирования)
в свинце (4 верхних кривых) и в алюминии (нижняя кривая); цифры на кривых
- начальная кинетическая энергия электрона Те в единицах энергии покоя
электрона m2=0,511 Мэв (интенсивность I
дана в относительных единицах).

При высоких энергиях (Те >>
т2) T. и. направлено вперёд по движению
электрона и концентрируется в пределах конуса с угловым раствором порядка
v = т2/Трад (рис.
2); это свойство используется для получения интенсивных пучков фотонов
высокой энергии (у-квантов) на электронных ускорителях. Т. и. является
частично поляризованным.

Рис. 2. Угловое распределение тормозно
го излучения -при высоких начальных энергиях электронов (Т>m2).

Дальнейшее уточнение теории Т. и. достигается
учётом экранирования кулоновского поля ядра атомными электронами. Поправки
на экранирование, существенные при Те "< т2
И Е< << Твероятности T. и. (т. к. при этом эффективное поле меньше кулоновского
поля ядра).

На свойства Т. и. при прохождении электронов
через вещество влияют эффекты, связанные со структурой среды и многократным
рассеянием электронов. При ТМэв многократное
рассеяние сказывается ещё и в том, что за время, необходимое для излучения
фотона, электрон проходит большое расстояние и может испытать столкновения
с др. атомами. В целом многократное рассеяние при больших энергиях приводит
в аморфных веществах к снижению интенсивности и расширению пучка T. и.
При прохождении электронов больших энергий через кристаллы возникают ин-терференц.
явления - появляются резкие максимумы в спектре Т. и. и увеличивается степень
поляризации (рис. 3).

Рис. 3. Поляризация Р (верхняя
кривая) и энергетический спектр (нижняя кривая) фотонов тормозного излучения
как функция Eв единицах полной начальной энергии электрона
Е2 для Е1 Гэв (интенсивность I дана в произвольных единицах).

Причиной значительного Т. и. может
быть тепловое движение в горячей разреженной плазме (с темп-рой
10⁵-10⁶ К и выше). Элементарные акты Т. и., наз.
в этом случае тепловым, обусловлены столкновениями заряженных частиц, из
к-рых состоит плазма. Космич. рентгеновское излучение, наблюдение к-рого
стало возможным с появлением искусств. спутников Земли, частично (а излучение
нек-рых дискретных рентгеновских источников, возможно, полностью) является,
по-видимому, тепловым Т. и..

Тормозное рентгеновское и гамма-излучение
широко применяются в технике, медицине, в исследованиях по биологии, химии
и физике.

Лит.: Ахиезер А. И., Берестецкий
В. Б., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1969; Байер В. Н., Катков
В. М., Фадин В. С., Излучение релятивистских электронов, М., 1973; Богданкевич
О. В., Николаев Ф. А., Работа с пучком тормозного излучения, М., 1964;
Соколов А. А., Тернов И. М., Релятивистский электрон, М.,1974.

Э. А. Тагиров.