非弹性散射
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非弹性散射(英语：Inelastic scattering)是指一种粒子或粒子系统的内部状态在碰撞后改变的过程，出现在化学、核物理及粒子物理中。通常，这意味着入射粒子的动能不守恒（与弹性散射相反）。此外，涉及从一种类型的粒子过渡到另一种类型的相对论碰撞被称为非弹性碰撞，即使传出的粒子与传入的粒子具有相同的动能。[1]如果宏观观察者只能存取自由度的子集，则在微观层面上受弹性碰撞控制的过程将显得无弹性。例如，在康普顿散射中，碰撞中的两个粒子传递能量，导致被测粒子能量损失。[2]
在非弹性散射中，部分粒子的能量增加或是减少了。非弹性散射以往会视为和动力学中非弹性碰撞有关，但二者的概念有很大的差异：非弹性碰撞是指碰撞前后的总动能不守恒。一般而言，由非弹性碰撞产生的散射会是非弹性散射，不过因为弹性碰撞会使二个粒子交换能量，由弹性碰撞产生的散射也可能是非弹性散射，例如康普顿散射。
若粒子能量的变化远小于粒子本身的能量，一般会称为准弹性散射。
电子
[编辑]当电子作为入射粒子时，取决于入射电子的能量，非弹性散射的几率通常小于弹性散射的几率。因此，在气体电子衍射（GED）、反射高能量电子衍射（RHEED）和透射电子衍射的情况下，由于入射电子的能量很高，因此可以忽略非弹性电子散射的贡献。质子对电子的深度非弹性散射为夸克的存在提供了第一个直接证据。
光子
[编辑]当光子为入射粒子时，会产生一种称为拉曼散射的非弹性散射过程。在此散射过程中，入射光子与物质（气体、液体和固体）互动，光子的频率会向红色或蓝色偏移。当光子的部分能量转移到互动物质，并在此过程中增加其内部能量（称为斯托克斯拉曼散射）时，即可观察到红移。当物质的内能转移到光子时，就会发生蓝移；这个过程称为反斯托克斯拉曼散射。
非弹性散射可见于电子与光子之间的互动。当一个高能量的光子与一个自由电子（更准确地说，是弱束缚的电子，因为自由电子无法参与光子之间的非弹性散射）碰撞并传递能量时，这个过程称为康普顿散射（Compton scattering）。此外，当具有相对能量的电子与红外线或可见光子碰撞时，电子会赋予光子能量。这个过程称为逆康普顿散射。
中子
[编辑]中子会发生许多类型的散射，包括弹性与非弹性散射。发生弹性或非弹性散射取决于中子的速度，无论是快中子或热中子，或是介于两者之间。这也取决于它撞击的原子核及其中子截面。在非弹性散射中，中子与原子核互动，系统的动能会改变。这通常会活化原子核，使其进入激发、不稳定、短暂的能量状态，导致原子核快速释出某种辐射，使其回落到稳定或基态。阿尔法、贝他、伽马和质子都可能被释出。在此类核反应中散落的粒子可能会导致原子核朝另一方向反冲。
分子碰撞
[编辑]非弹性散射常见于分子碰撞。任何会导致化学反应的碰撞都会是非弹性的，但非弹性散射这个名词是保留给那些不会导致化学反应的碰撞[3]。
如果转移的能量与散射粒子的入射能量相比较小，我们就称之为准非弹性散射。
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Warren Siegel. Fields. 1999: 362 [2024-04-30].
- ^ “Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) for materials characterization,” B.J. Inkson, “Materials Characterization Using Nondestructive Evaluation (NDE) Methods,” 2016. https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/elastic-scattering
- ^ 国际纯化学和应用化学联合会，化学术语概略，第二版。（金皮书）(1997)。在线校正版: (2006–) "inelastic scattering"。doi:10.1351/goldbook.I03025