kanalisering (fysisk begreb)

Kanalisering er et fysisk fænomen, som forekommer ved ladede partiklers passage gennem et krystalgitter. Når ioner bevæger sig parallelt med en af krystallens hovedakser, kan de trænge længere ind i krystallen. Fænomenet blev observeret i begyndelsen af 1960'erne, og man forestillede sig, at ionerne kunne flyve gennem de "kanaler", der findes langs hovedakserne imellem rækkerne af krystalatomer, uden at støde mod atomerne og dermed blive nedbremset.

Teorien for kanalisering blev udarbejdet i 1965 af den danske teoretiske fysiker Jens Lindhard ved Aarhus Universitet. Den redegør for fænomenet ved at beregne den elektriske frastødning mellem de positive ioner og rækken af atomer ("atomstreng") i ionernes flugtretning. Hvis en hurtig ion bevæger sig næsten parallelt med og kommer tæt på atomstrengen, vil den "slå smut" på strengen og blive reflekteret uden at ramme atomkernerne.

Kanalisering medfører, at antallet af processer, fx kernereaktioner, der kræver frontalt sammenstød mellem ioner og krystallens atomkerner, reduceres dramatisk. Denne effekt kaldes strengeffekten og er påvist eksperimentelt ved Aarhus Universitet. Strengeffekten har en række vigtige anvendelser, bl.a. ved udvikling af metoder til fremstilling af mikroelektroniske komponenter; se halvlederteknologi.

En speciel anvendelse af kanalisering er til afbøjning af meget energetiske partikelstråler. Normalt anvendes tonstunge magneter til at afbøje ladede partikler, men kanaliseres partikler gennem en bøjet krystal, vil de følge krystallens krumning. Princippet anvendes fx ved det fælleseuropæiske forskningscenter CERN.

Når elektroner kanaliseres, forekommer et særligt fænomen, der kaldes kanaliseringsstråling. Som det kendes fra røntgenrøret, udsendes der ved hurtige elektroners passage gennem stof en kraftig elektromagnetisk stråling. Normalt er denne stråling spredt over et bredt spektrum i energi eller bølgelængde, men for kanaliserede elektroner samles strålingen i snævre bånd ved bestemte energier. Forklaringen på dette forhold er beslægtet med Niels Bohrs fortolkning af lysspektret fra hydrogenatomet, hvor lyskvanter antages at blive udsendt i forbindelse med spring mellem stabile kvantetilstande af den bundne elektron. Bohr anskueliggjorde disse tilstande som cirkelbaner omkring hydrogenkernen. For kanaliserede elektroner er der på tilsvarende måde forskellige stabile spiralbaner, som snor sig omkring en streng af krystalatomer. Ved overgang fra en spiralbane til en anden udsendes stråling med en energi svarende til forskellen i spiralbanernes energiniveauer.