spredning - fysisk begreb

Spredning, inden for fysik en proces, hvor partikler eller bølger ændrer deres bevægelsesretning og/eller energi gennem en vekselvirkning med andre partikler eller bølger. Man skelner mellem elastisk og uelastisk spredning. Hvis kun bevægelsesretningen ændres ved processen uden ændring af den indre energi af nogen af kollisionspartnerne, er der tale om elastisk spredning. Det er med god tilnærmelse tilfældet, når to billardkugler støder sammen. Ved uelastisk spredning ændres den indre energi hos en eller flere af partiklerne, mens bevægelsesretningen for partiklerne kan være ændret eller uforandret. Et frontalt sammenstød mellem to biler er et eksempel på en uelastisk spredning; bevægelsesenergien, som bilerne har før sammenstødet, omdannes helt eller delvis til indre energi (varme). Hvis der ved processen fremkommer nye partikler, kaldes processen ofte ikke en spredning, men en reaktion. Sandsynligheden for, at en spredningsproces finder sted, beskrives ved et spredningstværsnit.

Spredningsprocesser foregår overalt i naturen. Fx skyldes himlens blå farve lysets spredning mod luftmolekyler; uden en atmosfære ville himlen være sort. Mange materialeegenskaber bestemmes af spredningsprocesser. Den elektriske modstand i en leder hidrører således hovedsagelig fra spredningsprocesser mellem ladningsbærere og gittersvingninger (fononer) eller urenheder i materialet. Gassernes varmeledningsevne kan udledes fra gasmolekylernes indbyrdes spredningsprocesser; det samme gælder for væskers viskositet, der skyldes væskemolekylers spredning mod hinanden.

Spredningsprocesser anvendes til mange undersøgelser inden for bl.a. fysik, kemi, biologi, biokemi, mikroelektronik, materialeforskning og medicin. I fysik accelereres partikler til høj hastighed og skydes mod et prøvemateriale. Projektilerne kan være elementarpartikler som elektroner, neutroner og protoner eller atomkerner, ioner, molekyler og klynger. Ved at måle spredningsprocessens parametre, specielt projektilernes energi- og vinkelfordeling efter spredningen, kan vekselvirkningen mellem projektilet og målpartiklen bestemmes. En vigtig parameter ved partikelspredning er forholdet mellem projektilets bølgelængde (de Broglie-bølgelængden) og målets størrelse. Dette forhold fastlægger den rumlige opløsningsevne; jo højere partikelenergi, desto kortere bølgelængde og bedre rumopløsning. Se også atomare kollisioner .

Atomkernens eksistens blev påvist af E. Rutherford ved en spredningsproces. Han sendte en stråle af alfapartikler gennem et tyndt guldfolie og analyserede de spredte partiklers vinkelfordeling. De alfapartikler, som ramte tæt ved et guldatoms kerne, blev så kraftigt afbøjet, at det kun kunne skyldes spredning mod en tung atomkerne.

Elektron- og molekylstråler kan anvendes til at karakterisere materialers overflader og de kemiske processer, som foregår på dem. Neutroner, som er elektrisk neutrale, vekselvirker med stof enten gennem kernekræfterne eller magnetiske kræfter, idet neutronen har et magnetisk moment. Den sidstnævnte vekselvirkning benyttes til studier af materialers magnetiske egenskaber. Se også neutronspredning. Stråler af reaktive ioner kan bruges som ætseværktøj i mikroelektronik. Ved meget højenergetiske kollisioner mellem atomkerner, protoner eller elektroner er det muligt at få information om vekselvirkninger mellem atomkernernes bestanddele og om deres interne struktur. Lysspredning fra forskellige materialer, fx Raman-spredning (se Raman-effekt), er en hyppigt anvendt metode i studier af både organiske og uorganiske materialer.

Røntgenstrålers indtrængning og spredning eller absorption i materialer har talrige anvendelser i medicin som analyse- og behandlingsredskab, i strukturbestemmelse af faste stoffer og væsker og som analysemetode i metal- og kemiindustrien (se røntgenundersøgelse). Spredning af ultralydbølger er en central analysemetode både i materialeteknologi og i fosterdiagnostik (se ultralydsundersøgelse). Andre vigtige anvendelser af spredning er radar og sonar.

Fortolkningen af resultater af spredningsforsøg kræver ofte en avanceret matematisk-fysisk teori, og udviklingen af disse teorier er et vigtigt forskningsområde inden for teoretisk fysik og anvendt matematik.

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig