پراکندگی همدوس چیست و اختلاف آن با پراکندگی تامسون چیست
پراکندگی همدوس (Coherent Scattering)
در این بخش از سری آموزشهای مباحث فیزیک پرتوی به شرح و بررسی پراکندگی همدوس میپردازیم. پس از مطالعه این مطلب، با مفاهیم زیر آشنا خواهید شد:
فهرست مطالب
پراکندگی همدوس چیست؟
پراکندگی همدوس به فرآیندی گفته میشود که در آن فوتون پرتو ایکس، بدون از دست دادن انرژی (و در نتیجه بدون تغییر طول موج)، تنها تغییر جهت میدهد. به همین دلیل، این پدیده اغلب با عنوان «پراکندگی بدون تغییر» (Unmodified Scattering) نیز شناخته میشود. دو نوع اصلی پراکندگی همدوس، پراکندگی تامسون و پراکندگی رایلی هستند.
اختلاف بین پراکندگی تامسون و ریلی در چیست؟
تفاوت اصلی این دو در مقیاس برهمکنش است:
پراکندگی تامسون (Thomson Scattering): این پراکندگی، برهمکنش یک فوتون با یک الکترون آزاد یا الکترونی است که به طور ضعیفی به اتم متصل است را توصیف میکند. در این مدل، الکترون به عنوان یک ذره مجزا در نظر گرفته میشود.
پراکندگی رایلی (Rayleigh Scattering): این پراکندگی، برهمکنش فوتون با کل اتم است. در این حالت، فوتون باعث میشود تمام الکترونهای اتم به صورت هماهنگ و همفاز (Coherent) نوسان کنند و سپس اتم به عنوان یک کل، فوتون را در جهت جدیدی تابش میکند.
نکته مهم: هر دو نوع پراکندگی همدوس را میتوان با استفاده از مکانیک کلاسیک (نظریه الکترومغناطیس) توضیح داد. به همین دلیل، اغلب به آنها «پراکندگی کلاسیک» نیز گفته میشود.
چرا به پراکندگی رایلی، پراکندگی کلاسیک میگویند؟
این نامگذاری به دلیل توانایی توضیح پدیده با فیزیک کلاسیک (پیش از مکانیک کوانتومی) است. در این مدل کلاسیک:
فوتونهای پرتو ایکس که انرژی نسبتاً کمی دارند (در محدوده پرتو ایکس تشخیصی)، با الکترونهای یک اتم برخورد میکنند. میدان الکترومغناطیسی فوتون، الکترونها را وادار به نوسان با همان فرکانس فرودی میکند. از آنجایی که الکترونها ذرات باردار هستند، طبق قوانین کلاسیک الکترومغناطیس، یک ذره باردار شتابدار (در اینجا نوسانکننده) از خود تابش الکترومغناطیسی گسیل میکند. این تابشِ گسیلشده، در واقع همان فوتون پراکندهشده است که دارای فرکانس و انرژی یکسان با فوتون فرودی میباشد. این فرآیند را میتوان به صورت جذب انرژی، نوسان اتم و تابش مجدد انرژی در نظر گرفت.
چرا در پراکندگی کلاسیک یونش صورت نمیگیرد؟
دلیل اصلی این است که در پراکندگی همدوس هیچ انتقال انرژی خالصی به اتم صورت نمیپذیرد. تمام انرژی فوتون فرودی صرف نوسان الکترونها و در نهایت تابش فوتون جدید با همان انرژی میشود. برای ایجاد یونش (کنده شدن الکترون از اتم)، فوتون باید انرژی کافی (بیشتر از انرژی بستگی الکترون) را به آن الکترون انتقال دهد. از آنجایی که در این نوع برخورد انرژی فوتون تغییر نمیکند، هیچ انرژیای برای غلبه بر انرژی بستگی الکترون و ایجاد یونش باقی نمیماند. تنها اثر این برهمکنش، تغییر مسیر فوتون است.
نکته کاربردی: پرتوهایی که در نتیجه پراکندگی همدوس ایجاد میشوند، در مقایسه با سایر برهمکنشهای اصلی (مانند اثر فوتوالکتریک و پراکندگی کامپتون)، سهم کمی (معمولاً کمتر از ۵٪) در برهمکنشهای کلی دارند. اگرچه این پرتوهای پراکنده در ایجاد «مهآلودگی فیلم» (Film Fog) نقش دارند، اما مقدار آن در محدوده انرژیهای رادیولوژی تشخیصی به اندازهای نیست که اثر عمدهای بر کیفیت تصویر داشته باشد.
جمعبندی: پراکندگی همدوس یک برهمکنش بدون اتلاف انرژی است که منجر به یونش نمیشود و سهم آن در ایجاد کنتراست تصویر ناچیز است، اما در ایجاد پرتوهای پراکنده و کمی کاهش کیفیت تصویر نقش دارد.
