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Bremsstrahlung

  泛指带电粒子在碰撞(尤指它们之间的库仓散射)过程中发出的辐射。早先用来称呼高速电子轰击金属靶时因突然减速而产生的辐射。

  轫致辐射是产生高能光子束(X 射线、γ射线)的基本方法,用这种光子束可研究基本粒子和原子核的电磁结构,以及辐射与物质相互作用过程等。

  当极端相对论性(即速度接近于光速)的带电粒子穿过介质时,轫致辐射是其能量损失的主要机制(对于非相对论性,即υ/с 1的粒子,轫致辐射与电离相比显得不重要)。在库仑碰撞中,轫致辐射的总功率正比于相碰粒子电荷数Z二次方的乘积,反比于入射粒子质量m的二次方。所以,作为一种能量损失机制,介质元素愈重,入射粒子愈轻,此种效应愈重要。人们研究得最多的是最轻粒子──电子的入射束流在原子核或离子库仑势中散射时的轫致辐射损失。

  在热核聚变反应中,轫致辐射的作用是极为重要的。它引起的能量损失与聚变能的产生皆正比于粒子数密度的二次方,并都是某种随温度T增长的函数,温度较低时前者超过后者,温度较高时后者超过前者。两者之间的竞争决定着得失相当的点火温度。此外,聚变使用的是低电荷数Z的核燃料,由于轫致辐射随Z增加很快,极少量的重离子杂质将迫使点火温度大大提高。这是任何核聚变装置中都要密切注意的问题。

  轫致辐射的一个重要特征是具有连续谱,其强度在很宽的频谱范围内变化缓慢。频谱的上限w200712041520max1.gif,可用经典理论来估计:例如对于非相对论性粒子,w200712041520max1.gifτ≈1,而τ≈b/υ,b和υ分别是入射粒子的瞄准距离和速度;对于相对论性粒子,则有w200712041520max1.gifτ≈γ2,τ≈b/υγ,其中γ=(1-v2/с2)½。可见w200712041520max1.gif总是反比于b。但并非w200712041520max1.gif可随b的减小而无限增大,因为德布罗意波长为 b规定了下限,此时经典理论早已不适用。所以,轫致辐射的低频段可用经典电动力学来处理,高频段则需用量子电动力学来计算。非相对论性粒子的轫致辐射方向性不强,相对论性粒子的轫致辐射则集中在前方半角宽度θ≈γ-1 的立体角内,轫致辐射是部分偏振的。

  参考书目

  Л.Д.朗道、E.M.栗弗席兹著,任朗、袁炳南译:《场论》,人民教育出版社,北京,1959。

  A. Sommerfeld, Atombau und Spectrallinien (Wellenmechanik), Vol.2,Fredrick Ungar, New York, 1951.

  H. Bethe and W.Heitler,Proc.Roy.Soc.,A146 p.83,1934.

  W.Heitler,The Quantun Theory of Radiation,3 rd ed.,Clarendon Press,Oxford,1957.

  H.Bethe,L.Maximon,Phys.Pev., Vo1.93,p.768,1954.

  H.Koch, J.Motz, Rev. Mod.Phys.,Vo1.31,p.920,1959.

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