bremseeffekten

Bremseeffekten, mer känt som bremsstrahlung eller braking radiation, är elektromagnetisk strålning som uppstår när en laddad partikel saktar ner eller får sin riktning ändrad av det elektriska fältet från en annan laddad partikel, oftast en kärna i ett material. Denna avsaktivering omvandlar en del av partikelns kinetiska energi till fotoner, vars energi vanligtvis ligger i röntgen- till gammastrålningsområdet beroende på partikelns energi och omgivningen.

Det finns två huvudenergiförlustkanaler kopplade till Bremseeffekten: radiativ brytstrålning (bremsstrahlung) och kollisionsenergiförlust (ionisering och excitation av atomer). Den radiativa delen uppstår när partikelns omlagning i kärnans Coulombfält orsakar utsläpp av fotoner, medan kollisionsdelen sker genom inelastica kollisioner med atomära elektroner. Vilken kanal som dominerar beror på partikeltyp, energi och materialets sammansättning.

Den radiativa processen beskrivs av kvant-elektrodynamikens teorier; för högenergetiska elektroner används ofta Bethe-Heitler-formuleringarna för brytstrålningskorsningen och energiförlusten kan sammanfattas med begreppet strålningslängd X0. Generellt ökar radiativ energiförlust för elektroner med energi och med kärnans Z, så bremsstrahlung blir dominerande vid tillräckligt höga energier i många material. För tyngre laddade partiklar som protoner och alfalika kärnor är ionisationsförlusterna vanligtvis dominerande tills mycket höga energier uppnås, där även radiativa effekter får betydelse.

Bremseeffekten har viktiga praktiska konsekvenser. Den är huvudmekanismen bakom X-strålepåverkningen i röntgenrör och ligger till grund för hur man utformar skärmning och detektorer i partikel- och kärnkraftslabbar. I astrofysik och kosmisk plasma bidrar bremsstrahlung till X-strålningsspektrum från varma joniserade gaser och används som ett viktigt verktyg för att studera heta plasman.

Historiskt kommer termen bremsstrahlung från tyskans braking eller bromsning, eftersom strålningen uppstår när en laddad partikel bromsas in av ett fält. Fenomenet beskrevs matematiskt i början av 1900-talet och är idag en av kärnkomponenterna i beskrivningar av energiförlust hos laddade partiklar som färdas genom materia.