Wechselwirkung der Strahlung mit Materie ( I ) Anregung kohärenter Streuung

Inhalt Es gibt vier Arten der Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie: Anregung kohärenter Streuung: Physikalische Effekte mit kohärenter Strahlung Anregung inkohärenter Streuung beim Photoeffekt Compton-Effekt Paarbildung

Kohärente Strahlung Kohärente Strahlung entsteht als erzwungene Schwingung der gesamten Ladungsverteilung, angetrieben vom ankommenden elektromagnetischen Feld Sie steht in fester „Phasen“ - Beziehung zur anregenden Strahlung: Anregende Amplitude und Amplitude der ausgehenden Kugelwellen sind zeitlich streng korreliert Kohärenz ist die Voraussetzung für Beugung und Abbildung

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

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

Von zwei Punkten ausgehende Wellen Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung Abstand der Punkte klein gegenüber dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung Abstand der Punkte wenig kleiner als der Abstand zwischen zwei Wellebergen Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Abstand der Punkte etwa gleich dem Abstand zwischen zwei Wellenbergen Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung Abstand der Punkte etwa doppelt so groß wie der Abstand zwischen zwei Wellenbergen Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Abstände der Punkte noch größer Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung Abstände der Punkte etwa das 10-fache des Abstands zwischen den Wellenbergen Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung

Entstehung des Beugungsbilds eines Spalts Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung Entstehung des Beugungsbilds eines Spalts Eine einfallende ebene Welle trifft das Objekt Kugelwellen erzeugen ein Interferenzmuster, Im „Fernfeld“ erscheint es als divergente, ebene Wellen Die Information über das Objekt steht in Richtung, Intensität und in der Phase der divergenten Wellen Am Empfänger, z. B. einem Film, ist aber die Phase nicht erkennbar 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Objekt Empfänger

Beugung und Abbildung im Bereich der Röntgenstrahlung Es gibt für Röntgenlicht keine abbildenden Linsen Die fokussierende Wirkung ist um Zehnerpotenzen schwächer als für sichtbares Licht Deshalb misst man Entweder das Interferenzmuster der Objekte Bei periodischen Objekten nennt man es „Beugungsmuster“ Oder ein Absorptionsmuster bei „Durchleuchtung“ in Medizin und Technik vergleichbar Schattenrissen im Sichtbaren, die auch keiner Linse bedürfen

Anwendung kohärenter Röntgenstrahlung: Beugung an Kristallgittern Abbildung: Beugungsbild eines kubischen Kristalls Für Röntgenlicht gibt es keine Linse: Das Objekt muss durch Fourier Transformation des Beugungsbilds erzeugt werden Röntgenröhre, Bremsstrahlung K2SnCl6 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.

Bedeutung der „Kohärenz“ Nur Kohärente Strahlung eignet sich zu Beugung und Abbildung Die von einem Objekt in unterschiedliche Richtungen ausgehenden Wellen enthalten – in ihrer Gesamtheit – Information über die Gestalt eines Objekts

steht in fester „Phasen“ Beziehung zur anregenden Strahlung Zusammenfassung Es gibt vier Arten der Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie, eine ist Anregung kohärenter Streuung („klassische Streuung“, „Rayleigh-Streuung“)) Als Kugelwelle auslaufende Strahlung mit Energie der anregenden Strahlung steht in fester „Phasen“ Beziehung zur anregenden Strahlung Ursache: Erzwungene Schwingung der gesamten Ladungsverteilung, angetrieben vom ankommenden elektromagnetischen Feld Kohärente Strahlung eignet sich zu Beugung und Abbildung, denn: Die von einem Objekt in unterschiedliche Richtungen ausgehenden Wellen enthalten – in ihrer Gesamtheit – Information über die Gestalt des Objekts

finis