Espalhamento elástico - Elastic scattering

O espalhamento elástico é uma forma de espalhamento de partículas na teoria de espalhamento , física nuclear e física de partículas . Nesse processo, a energia cinética de uma partícula é conservada no referencial do centro de massa , mas sua direção de propagação é modificada (pela interação com outras partículas e / ou potenciais ). Além disso, enquanto a energia cinética da partícula no referencial do centro de massa é constante, sua energia no referencial do laboratório não é. Geralmente, o espalhamento elástico descreve um processo no qual a energia cinética total do sistema é conservada. Durante o espalhamento elástico de alta energiaPartículas subatômicas , a transferência linear de energia (LET) ocorre até que a energia e a velocidade da partícula incidente sejam reduzidas à mesma de seu entorno, ponto em que a partícula é "parada".

Dispersão de Rutherford

Quando a partícula incidente, como uma partícula alfa ou elétron , é difratada no potencial Coulomb de átomos e moléculas , o processo de espalhamento elástico é chamado de espalhamento de Rutherford . Em muitas técnicas de difração de elétrons , como difração de elétrons de alta energia de reflexão ( RHEED ), difração de elétrons de transmissão (TED) e difração de elétrons de gás (GED), onde os elétrons incidentes têm energia suficientemente alta (> 10 keV), o espalhamento elástico de elétrons torna-se o componente principal do processo de espalhamento e a intensidade do espalhamento é expressa em função da transferência de momento definida como a diferença entre o vetor de momento do elétron incidente e o do elétron espalhado.

Espalhamento óptico elástico

  • No espalhamento Thomson, um fóton interage com elétrons (este é o limite de baixa energia do espalhamento Compton ).
  • No espalhamento de Rayleigh, um fóton penetra em um meio composto de partículas cujos tamanhos são muito menores do que o comprimento de onda do fóton incidente. Nesse processo de espalhamento, a energia (e, portanto, o comprimento de onda) do fóton incidente é conservada e apenas sua direção é alterada. Nesse caso, a intensidade de espalhamento é proporcional à quarta potência do comprimento de onda recíproco do fóton incidente.

Física de partículas nucleares

Para partículas com massa de próton ou maior, o espalhamento elástico é um dos principais métodos pelos quais as partículas interagem com a matéria. Nas energias relativísticas, prótons, nêutrons, íons de hélio e íons HZE sofrerão inúmeras colisões elásticas antes de serem dissipados. Esta é uma grande preocupação com muitos tipos de radiação ionizante , incluindo raios cósmicos galácticos , eventos de prótons solares , nêutrons livres no projeto de armas nucleares e projetos de reatores nucleares, projetos de naves espaciais e o estudo do campo magnético da Terra . Ao projetar um escudo biológico eficaz , a devida atenção deve ser dada à transferência de energia linear das partículas à medida que se propagam através do escudo. Em reatores nucleares, o caminho livre médio do nêutron é crítico, pois ele sofre espalhamento elástico em seu caminho para se tornar um nêutron térmico lento .

Além do espalhamento elástico, as partículas carregadas também sofrem efeitos de sua carga elementar , que as repele para longe dos núcleos e faz com que seu caminho seja curvo dentro de um campo elétrico . As partículas também podem sofrer dispersão e captura inelástica devido a reações nucleares. Prótons e nêutrons fazem isso com mais frequência do que partículas mais pesadas. Os nêutrons também são capazes de causar fissão em um núcleo incidente. Núcleos leves como o deutério e o lítio podem se combinar na fusão nuclear .

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