비탄성 산란

화학, 핵물리학 및 입자물리학에서 비탄성 산란()은 입자 또는 입자 시스템의 내부 상태가 충돌 후 변하는 과정이다. 종종 이는 입사 입자의 운동 에너지가 보존되지 않음을 의미한다(탄성 산란과 대조적으로). 또한, 한 유형의 입자에서 다른 유형의 입자로의 전환을 포함하는 상대론적 충돌은 나가는 입자가 들어오는 입자와 동일한 운동 에너지를 갖더라도 비탄성으로 간주된다. 미시적 수준에서 탄성 충돌에 의해 지배되는 과정은 거시적 관찰자가 자유도의 일부에만 접근할 수 있는 경우 비탄성으로 나타난다. 예를 들어 콤프턴 산란에서 충돌하는 두 입자는 에너지를 전달하여 측정된 입자의 에너지 손실을 초래한다.

 전자 
전자가 입사 입자일 때 입사 전자의 에너지에 따라 비탄성 산란의 확률은 일반적으로 탄성 산란보다 작다. 따라서 기체 전자 회절(GED), 반사 고에너지 전자 회절(RHEED) 및 투과 전자 회절의 경우, 입사 전자의 에너지가 높기 때문에 비탄성 전자 산란의 기여는 무시할 수 있다. 양성자로부터의 심층 비탄성 산란 전자는 쿼크의 존재에 대한 최초의 직접적인 증거를 제공했다.

 광자 

광자가 입사 입자일 때, 라만 산란이라는 비탄성 산란 과정이 있다. 이 산란 과정에서 입사 광자는 물질(기체, 액체, 고체)과 상호작용하며 광자의 주파수는 적색 또는 청색으로 이동한다. 광자 에너지의 일부가 상호작용하는 물질로 전달되어 내부 에너지를 증가시키는 과정을 스토크스 라만 산란이라고 하며, 이때 적색 편이가 관찰될 수 있다. 물질의 내부 에너지가 광자로 전달될 때 청색 편이가 관찰될 수 있으며, 이 과정을 반스토크스 라만 산란이라고 한다.

비탄성 산란은 전자와 광자 사이의 상호작용에서 볼 수 있다. 고에너지 광자가 자유 전자(더 정확히는, 광자와 비탄성 산란에 참여할 수 없는 자유 전자는 거의 없으므로 약하게 결합된 전자)와 충돌하여 에너지를 전달할 때, 이 과정을 콤프턴 산란이라고 한다. 또한, 상대론적 에너지를 가진 전자가 적외선 또는 가시광선 광자와 충돌하면 전자는 광자에 에너지를 준다. 이 과정을 역콤프턴 산란이라고 한다.

 중성자 

중성자는 탄성 및 비탄성 산란을 포함한 많은 유형의 산란을 겪는다. 탄성 또는 비탄성 산란 발생 여부는 중성자의 속도(빠른지, 열 중성자인지, 또는 그 중간인지)에 따라 달라진다. 또한 충돌하는 핵과 그 중성자 단면적에도 따라 달라진다. 비탄성 산란에서 중성자는 핵과 상호작용하며 시스템의 운동 에너지가 변한다. 이는 종종 핵을 활성화하여 여기된 불안정한 단명 에너지 상태로 만들고, 이로 인해 핵은 안정된 바닥 상태로 돌아가기 위해 빠르게 어떤 종류의 방사선을 방출한다. 알파, 베타, 감마 및 양성자가 방출될 수 있다. 이러한 유형의 핵 반응에서 산란된 입자는 핵이 다른 방향으로 반동하게 할 수 있다.

 분자 충돌 
비탄성 산란은 분자 충돌에서 흔히 발생한다. 화학 반응을 일으키는 모든 충돌은 비탄성이겠지만, 비탄성 산란이라는 용어는 반응을 일으키지 않는 충돌에 사용된다. 병진 모드(운동 에너지)와 회전 및 진동 모드 사이에 에너지 전달이 일어난다.

산란 입자의 입사 에너지에 비해 전달되는 에너지가 작으면 준탄성 산란이라고 한다.

 같이 보기 
 비탄성 충돌
 탄성 산란
 산란 이론

 각주 

분류:입자물리학
분류:화학반응속도론