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Wechselwirkung von Strahlung mit Materie: Anregung von kohärenter Streuung.

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Präsentation zum Thema: "Wechselwirkung von Strahlung mit Materie: Anregung von kohärenter Streuung."—  Präsentation transkript:

1 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie: Anregung von kohärenter Streuung

2 Inhalt Erzwungene Schwingung der Valenz- Elektronen: Kohärente Streuung Anregung eines Atoms durch Absorption und anschließende Emission: Inkohärente Streuung

3 Wechselwirkung der Strahlung mit freien Atomen (monoatomare Gase) Diskrete Eigenfrequenzen, angeregt durch Strahlung im Bereich dieser Eigenfrequenzen (vgl. Bohrsches Atommodell) –inkohärente Strahlung Erzwungene Schwingung –kohärente Strahlung

4 Inkohärente Strahlung Bei atomarer Anregung der Strahlung sind Absorption und Emission zeitlich nicht streng korreliert: –Die Phasenlage beider Strahlungen ist beliebig: „Inkohärente Strahlung“

5 Kohärente Strahlung Kohärent ist die Strahlung bei Anregung einer erzwungenen Schwingung Anregende Amplitude und Amplitude der ausgehenden Kugelwellen sind zeitlich streng korreliert Kohärenz ist die Voraussetzung für Beugung und Abbildung

6 Beispiel für die Entstehung kohärenter Strahlung Anregende und emittierte Welle sind phasengleich

7 Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung bei zwei benachbarten, identischen Streuzentren: Das Interferenzmuster der emittierten Strahlung enthält Information über das Objekt!

8 Beugungsbild und Original Kleinere Abstände als die Wellenlänge sind ohne Einfluss auf das Beugungsbild Vergrößerung der Abstände verkleinert die Winkel zwischen den auslaufenden ebenen Wellen

9 Zwei Streuzentren mit Abstand klein gegenüber der Wellenlänge

10 Abstände der Streuzentren wenig kleiner als die Wellenlänge

11 Abstände der Streuzentren etwa gleich der Wellenlänge

12 Abstände der Streuzentren etwa doppelte Wellenlänge

13 Abstände der Streuzentren wenige Wellenlängen

14 Abstände der Streuzentren etwa 10 Wellenlängen

15 Interferenzmuster eines Spalts Eine einfallende ebene Welle trifft das Objekt Kugelwellen erzeugen ein Interferenzmuster (Huygenssches Prinzip) Im „Fernfeld“ erscheint es als divergente, ebene Wellen Die Information über das Objekt steht in Richtung, Intensität und in der Phase der divergenten Wellen Objekt

16 Vom Beugungsbild zur Abbildung Die Öffnung (Apertur) des abbildenden Systems muss mindestens 2 Wellen erfassen Divergente Wellenfelder werden zu konvergenten umgelenkt (Linse) Am Ort der Überlagerung muss die Bildebene stehen (Fokussierung)

17 Das Auge

18 Konstruktion der Abbildung von zwei Streuzentren durch einige ebene Wellen Beiträge zur Abbildung: Intensität Richtung Phase

19 Da Capo

20 Anwendung der Beugung: Röntgenbeugung an Kristallen Für Röntgenlicht gibt es keine Linse: Das Objekt muss durch Fourier Transformation des Beugungsbilds erzeugt werden Röntgenröhre, Bremsstrahlung Abbildung: Beugungsbild eines kubischen Kristalls, K 2 SnCl 6 Gitterkonstante 1,0 nm, aufgenommen in Richtung der 4-zähligen Achse in Laue Geometrie, und Schema der Bildentstehung. Der Kristall ist zu groß gezeichnet, er wird in Wirklichkeit vom Strahl umspült.

21 „Erzwungene“ Schwingungen in Flüssigkeiten und Festkörpern Bei kohärenter Anregung der Oszillatoren eines Mediums zeigt die resultierenden Welle eine kleinere Ausbreitungsgeschwindigkeit als im Vakuum: –Brechung der „Strahlen“ beim Eintritt ins Medium –Man „sieht“ deshalb die Grenzfläche zum Medium

22 Das Snelliussche Brechungsgesetz: –Grundlage für die Funktion aller Linsen in Augen und in optischen Instrumenten Folge: Brechung des Lichts

23 liegen immer in einer Ebene Ausbreitungsgeschwindig- keiten im Medium 1 und 2 Vektor des ins Medium gebrochenen Strahls i=1,2: Definition des Brechungsindex Das Snelliussche Brechungsgesetz

24 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz Technische Schwingkreise Molekül- schwingungen Valenz Elektronen Innere Orbitale Frequenzbereiche der Oszillatoren Kern- reaktio nen

25 Die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie gliedert sich in: Anregung eines Atoms durch Absorption und anschließende Emission: Inkohärente Streuung –Wegen der unbestimmten Zeit zwischen Anregung und Emission (ca s) fehlt die feste Phasenbeziehung zwischen einfallender und ausfallender Welle, deshalb ist diese Strahlung für Beugung und Abbildung ungeeignet Erzwungene Schwingung der Valenz-Elektronen: Kohärente Streuung –Feste Phasenbeziehung zwischen einfallender und ausfallender Welle, Grundlage für Beugung und Abbildung

26 finis


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