Strahlung und Streuung

Question 1

Wie lauten die Maxwell Gleichungen?

Answer 1

Question 3

Was gibt der Streuquerschnitt an?

Answer 3

Wieviele Photonen beim Durchdringen von 1 g eines Elements gestreuert werden

(Photonendichte: 1 Photon / cm²)

• Abhängig von Energie des Photons und Ordnungszahl

Allgemein: Mittlere Leistung in alle Raumrichtungen emittiert / Mittlere eingestrahle Leistung

Question 4

Was ist der Brechungsindex?

Answer 4

• Antwort der Elektronen aus dem Material als Reaktion auf das einfallende Photon
• > Abhängig von Energie des Photons

n = 1 - δ + i*β (β, δ << 1)

Realteil: Streuung des Photons

Imaginärteil: Absorption

Question 5

Wann kommt es zu Rayleigh Streuung?

Answer 5

• Elastische Streuung an gebunden Elektronen oder Atomen
• Wenn Frequenz des Photons sehr viel kleiner als Eigenfrequenz
• Stark Wellenlängenabhängig (λ⁴)

Question 6

Wie ergibt sich die Dipolstrahlung? Wie sieht diese aus?

Answer 6

• Aus Maxwell-Gleichungen
• Beschleunigtes Elektron erzeugt ein E-Feld
• Leistung, die über Raumwinkel abgegeben wird, stellt Dipolstrahlung da

(für Strahler, die kleiner als die Wellenlänge sind -> Donut-shape)

Question 7

Was ist die Thomson-Streuung?

Answer 7

• Elastische Streuung an freien Elektronen

=> Energie des Photons ändert sich nicht

(Grenzfall der Compton-Streuung für kleine Photonenenergien )

• Wellenlängen unabhängig!

Question 8

Was ist bei nicht punktförmigen Strahlern zu beachten?

Answer 8

• Summation der Punktförmigen Streuer die räumlich versetzt sind

Phasenunterschied Δϕ = 2π/λ * Weglänge

=> Streuvektor (Δϕ = Δk*r)

Bei multi-Elektronen Atom:

• Beschleunigugn (Anregung des Elektrons zur Schwingung) erhält Phasenverschiebung auf Grund der Position der Elektronen im Atom
• Gestreutes E-Feld ist Summe über alle streuenden Elektronen und mit 1/r retardiert

Question 9

Was ist der (komplexe) atomare Streufaktor?

Answer 9

• Abhängig vom Streuvektor und Frequenz (des eingestrahlten Photons)
• Beschreibt das gestreute E-Feld eines multi-Elektronen Atoms relativ zum freien Elektron
• (Verinfacht sich, für große Wellenlängen oder wenn Beobachter weit entfernt ist (kleiner Streubereich) -> “subscript zero”)
• kann auch gebundenes Elektron beschreiben

Question 10

Wofür ist die Oszillationsstärke(faktor) wichtig? Wie ist der Zusammenhang zur Quantenmechanik?

Answer 10

• Da jedes Elektron im Atom unterschiedliche Energien besitzt (Stärke der Oszillation) -> Normierung

Zusammenhang mit QM:
- Übergangsdipolmoment

• Verscheidene Übergangswahrscheinlichkeiten

Question 11

Wie hängen atomarer Streufaktor und Brechungsindex zusammen?

Answer 11

• Brechungsindex ist funktion von Realteil und Imganiärteil des “subscript zero” Streufaktors (d.h. Näherung hoher Energien oder kleiner Streubereich)
• Realteil beschreibt Streuung (In δ enthalten)
• Imaginärteil beschreibt Absorption (In β enthalten)

(n = 1 - δ + i*β)

Question 12

Erläutern Sie kurz, was auf der Grafik zu erkennen ist.

Answer 12

Links oben:

• Linearer Absorptionskoeffizient ergibt sich aus dem Imagniärteil des “subscript zero” Streufaktors mal einen Faktor (Elementspezifisch) und geteilt durch die Energie

Rechts oben:

• Realteil des “subscript zero” Streufaktors (Streuung) abhängig von der Enerige
• Bei hohen Photonenenergien spielt die Bindungsenerige des Elektrons quasi keine rolle -> Wie freies Elektron -> Streuung nähert sich der Ordnugnszahl (Absorption gegen Null)

Rechts unten:

• Imaginärteil des “subscript zero” Streufaktors (Absorption)
• Dort wo eine Absorptionskante ist, tritt quasi keine Streuung auf
• Für hohe Photonen Energie keine Absorption (Elektron ist quasi frei)

Links unten:

• Linearer Absorptionskoeffizient
• Verhält sich wie Imaginärteil, da er sich aus diesem ergibt, aber auf die Energie skaliert ist