Dispersión elástica

La dispersión elástica es una forma de dispersión de partículas en la teoría de la dispersión , la física nuclear y la física de partículas . En este proceso, los estados internos de las partículas involucradas permanecen inalterados. En el caso no relativista, donde las velocidades relativas de las partículas son mucho menores que la velocidad de la luz , la dispersión elástica simplemente significa que la energía cinética total del sistema se conserva. ^{[ 1 ]} A velocidades relativistas, la dispersión elástica también requiere que el estado final tenga el mismo número de partículas que el estado inicial y que estas sean del mismo tipo. ^{[ 2 ]}

Cuando una partícula incidente, como una partícula alfa o un electrón , se difracta en el potencial de Coulomb de átomos y moléculas , el proceso de dispersión elástica se denomina dispersión de Rutherford . En muchas técnicas de difracción de electrones , como la difracción de electrones de alta energía por reflexión ( RHEED ), la difracción de electrones por transmisión (TED) y la difracción de electrones en gases (GED), donde los electrones incidentes tienen una energía suficientemente alta (>10 keV), la dispersión elástica de electrones se convierte en el componente principal del proceso de dispersión y la intensidad de dispersión se expresa como una función de la transferencia de momento definida como la diferencia entre el vector de momento del electrón incidente y el del electrón dispersado.

• En la dispersión de Thomson, la luz interactúa con los electrones (este es el límite de baja energía de la dispersión de Compton ). ^{[ 3 ]}
• En la dispersión de Rayleigh, un medio compuesto por partículas cuyo tamaño es mucho menor que la longitud de onda dispersa la luz lateralmente. En este proceso de dispersión, la energía (y, por lo tanto, la longitud de onda) de la luz incidente se conserva y solo cambia su dirección. En este caso, la intensidad de dispersión es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda recíproca de la luz. ^{[ 4 ]}

Para partículas con la masa de un protón o mayor, la dispersión elástica es uno de los principales métodos por los que las partículas interactúan con la materia. A energías relativistas, los protones, neutrones, iones de helio e iones HZE experimentarán numerosas colisiones elásticas antes de disiparse. Esto es una preocupación importante con muchos tipos de radiación ionizante , incluidos los rayos cósmicos galácticos , los eventos de protones solares , los neutrones libres en el diseño de armas nucleares y reactores nucleares , el diseño de naves espaciales y el estudio del campo magnético terrestre . Al diseñar un escudo biológico eficaz , se debe prestar la debida atención a la transferencia lineal de energía de las partículas a medida que se propagan a través del escudo. En los reactores nucleares, el camino libre medio del neutrón es crítico, ya que experimenta dispersión elástica en su camino para convertirse en un neutrón térmico de movimiento lento .

Además de la dispersión elástica, las partículas cargadas también experimentan efectos debido a su carga elemental , que las repele de los núcleos y provoca que su trayectoria se curve dentro de un campo eléctrico . Las partículas también pueden experimentar dispersión inelástica y captura debido a reacciones nucleares. Los protones y neutrones hacen esto con más frecuencia que las partículas más pesadas. Los neutrones también son capaces de causar fisión en un núcleo incidente. Los núcleos ligeros como el deuterio y el litio pueden combinarse en la fusión nuclear .

• Colisión elástica
• Dispersión inelástica
• Teoría de la dispersión
• Dispersión de Thomson