電磁輻射與協變電動力學
制動輻射(bremsstrahlung)
/ BREMS-shtrah-loong /
把一個快速電子射向金屬靶,當它被原子核的電場往旁邊猛拉、減速時,它就以一陣 X 射線灑出能量。制動輻射——德文原意為「剎車輻射」——就是帶電粒子被另一個電荷減速或偏折時所發出的電磁輻射。
其機制是把拉莫輻射用在電荷於原子核庫侖場中所受的加速度上:擦身而過得愈近、靶核愈重(偏折力正比於核電荷 Z),轉向就愈猛、輻射就愈多。由於每個電子在單次遭遇中損失的能量比例各不相同且隨機,發出的光子跨越一段「連續」譜,這與原子躍遷的銳利譜線不同。此譜有一個銳利的高頻截止:沒有光子能帶走超過電子全部動能的能量,這給出杜安-亨特(Duane-Hunt)極限,對經電壓 V 加速的電子,其最短波長為 lambda_min = hc / (eV)。
制動輻射是每一支 X 光管裡的連續背景,靶材的特徵譜線就疊在它之上。它主導了高能電子在物質中的能量損失(定義了材料的輻射長度),也產生天文電漿、甚至閃電的伽瑪射線輝光。由於在給定的力之下輻射功率正比於 1/m^2,制動輻射對於輕巧的電子遠比對於笨重的質子強烈得多。
在一支以 50 kV 運轉的 X 光管裡,沒有制動輻射光子的能量能超過 50 keV,因此連續譜在最短波長 lambda_min = hc/(eV) = 1240 eV·nm / 50000 eV = 0.0248 nm 處戛然而止。提高管電壓,這個截止就往更短的波長滑去。
在原子核場中被剎住,給出一段連續的 X 射線譜,並帶有銳利的短波長(杜安-亨特)截止。
制動輻射是連續的,與原子躍遷那種離散的特徵譜線不同;兩者在 X 光管的譜中同時出現。由於輻射功率 ~ 1/m^2,在相同的力之下它對電子巨大、對質子則可忽略。
又稱
另見