Säteilyprosesseissa

Säteilyprosesseissa tarkoitetaan elektromagneettisen säteilyn vuorovaikutuksia aineen kanssa. Näihin kuuluvat sekä säteileminen (emitointi), absorptio että fotonien siroittuminen. Prosessit tapahtuvat kvantittain atomeissa ja molekyyleissä ja ne vaikuttavat sekä aineen spektriin että energian siirtoon eri ympäristöissä, kuten plasmoissa, materiaaleissa ja astrofysikaalisissa järjestelmissä.

Emittoivat prosessit jakautuvat spontaaniin emittoimiseen sekä stimuloituun emittoitumiseen. Elektronien energiatilat voivat siirtyä alemmalle tai ylemmälle energiatilalle, jolloin vapautuu fotoni. Spontaani emission johtuu tilan purkautumisesta; stimuloitu emission tarvitsee jo olemassa olevaa fotonia, ja sitä hyödynnetään esimerkiksi laserssa. Einsteinin A- ja B-tekijät kuvaavat näiden prosessien todennäköisyyksiä.

Absorptio ja ionisaatio: Fotoni voi siirtää energiaa järjestelmään kuten elektroniin, aiheuttaen excitointia tai ionisaatiota. Absorptio riippuu aineen ominaisuuksista ja valon aallonpituudesta, ja se vaikuttaa materiaalin väriin sekä opasiteettiin. Lisäksi fotonia voidaan absorboida muissa prosesseissa, kuten vibratiivisissa tilamuutoksissa.

Fotonin siroittuminen: Rayleigh-sironta on elastinen vuorovaikutus, Thomson-sironta koskee vapaita elektroneja, ja Compton-sirto on inelastinen vuorovaikutus, jossa fotoni menettää energiaa ja elektroni saa osan siitä. Nämä prosessit vaikuttavat valon spektriin ja kulkuun aineessa.

Radiatiivinen siirto ja sovellukset: Radiatiivinen siirto kuvaa miten säteily kulkee väliaineen läpi; sitä voi kulkea läpi, absorboitua tai sirotella. Opasiteetti määrittää sekä spektrin että energian kulun. Käytännön sovelluksiin kuuluvat spektroskopia, lasersäteily, LED-tekniikka sekä tähtien ja galaksien spektrien tulkinta.