Тормозное излучение (Bremsstrahlung Radiation)

    Тормозное излучение (ТИ) возникает при взаимодействии быстрой заряженной частицы, таких как электрон, с атомными ядрами. Основные характеристики (далее заряженная частица - электрон со скоростью v_e, релятивистским фактором , и массой m_e, c - скорость света в вакууме):

Общие свойства. Схема

   Беспороговое; ТИ излучает любая быстрая заряженная частица, но излучение резко подавляется для массивных зарядов.
    Практическая схема: пучок ускоренных заряженных частиц сбрасывается на мишень-радиатор R (пластинка из вещества тяжелых атомов). ТИ наблюдается во всех направлениях, но для релятивистского электрона практически все излучение направлено вдоль его скорости и сосредоточено в конусе с полным раствором Δθ ~ 2/γ.

Интенсивность излучения

    При пересечении слоя толщиной dx вещества с зарядом атомных ядер eZ и массовым числом A быстрый электрон теряет долю dE своей энергии E_e на ТИ, равной

dE = - KE_edx,

где размерности dx в г/см², а K в см²/г. Полный выход излучения зависит от толщины радиатора, достигая максимума при толщине, равной примерно 1/3-1/4 полного пробега излучающих электронов в веществе мишени. В современных оптимизированных тормозных источниках максимальная яркость B фотонного пучка (равная числу фотонов, излучаемых в секунду на мм²·мрад², θ = 0) составляет порядка B ~10⁸, (при энергии фотонов ħω_с = 12 кэВ - рентгеновский диапазон).
    Часто толщины мишеней указывают в единицах радиационной длины. Последняя задана соотношением L_rad = 1/K: она определяет пробег электрона, на котором его энергия убывает в из-за ТИ в e раз. Так, для для воздуха, алюминия и свинца L_rad составляет 36 г/см², 24 г/см² и 6 г/см², соответственно.

Спектр

    Спектр ТИ - непрерывный. При использовании тонких радиаторов количество N_ω фотонов ТИ монотонно спадает с частотой излучения в целом по закону 1/ω вплоть до предельного значения ω_max = E_e/ħ, см. рис.2, на котором представлены спектры ТИ для различных энергий электрона E₁ и E₂, кривые 1 и 2.

    При увеличении энергии излучающего электрона растут предельная частота и полная энергия ТИ.
    Для оптимизированных толщин радиаторов низкочастотная часть спектра заметно подавляется вследствие поглощения мягких ТИ фотонов в самом радиаторе, но спектр жестких ТИ фотонов практически не изменяется.