軔致輻射

軔致輻射（bremsstrahlung）是指高速電子驟然減速產生的輻射。泛指帶電粒子在碰撞（尤指它們之間的庫侖散射）過程中發出的輻射。例如一個高能電子與一個原子核相碰撞時就產生這種輻射。

軔致輻射又稱剎車輻射或制動輻射 ，原指高速運動的電子驟然減速時發出的輻射，後來泛指帶電粒子與原子或原子核發生碰撞時突然減速發出的輻射。根據經典電動力學，帶電粒子作加速或減速運動時必然伴隨電磁輻射。其中，又將遵循麥克斯韋分布的電子所產生的軔致輻射叫做熱軔致輻射。

軔致輻射的X射線譜往往是連續譜，這是由於在作為靶子的原子核電磁場作用下，帶電粒子的速度是連續變化的。軔致輻射的強度與靶核電荷的平方成正比，與帶電粒子質量的平方成反比。因此重的粒子產生的軔致輻射往往遠遠小於電子的軔致輻射。

軔致輻射廣泛套用於醫學和工業。在工業上，經常使用熔點高、導熱好、原子序數比較大的鎢作為X射線管的陽極靶。而醫療上的X射線機大多為制動輻射。原理為將高能量電子打在固定靶上，電子突然減速，能量轉換為X射線與熱能。在天體物理學上，軔致輻射是很常見的輻射，一些X射線源（如X射線脈衝星、太陽耀斑）的輻射就屬於軔致輻射。

基本介紹

• 中文名：軔致輻射
• 外文名：德語：bremsstrahlung；英語：Bremsstrahlung, braking radiation
• 特徵：高速電子驟然減速產生的輻射
• 泛指：帶電粒子在碰撞過程中發出的輻射

理論詮釋

X射線管中高電壓加速電子所產生軔致輻射具有連續譜的性質，短波極限λ₀由加速電壓V決定：

λ₀=

式中h為普朗克常數，c為真空中的光速，e為電子電荷，輻射的強度在很寬的頻譜範圍內緩慢變化。除X射線管中產生的X射線連續譜屬於軔致輻射之外，軔致輻射在核聚變反應中也是重要的，β衰變過程中電荷的突然產生或電荷的突然消失（如電子俘獲）也伴隨有軔致輻射。天文觀測中軔致輻射是常見的現象，有一些X射線源的輻射就是由遵循麥克斯韋速度分布律的電子所產生的軔致輻射，由於麥克斯韋分布常在分子熱運動中體現，故又稱為熱軔致輻射。

產生機理

X射線管中高速電子轟擊金屬靶而驟然減速時就會產生這類X射線。這是因為電子接近原子核時與原子核的庫侖場相互作用，電子的運動方向發生偏折，並急劇減速，能量轉化成輻射的形式。軔致輻射也泛指帶電粒子碰撞過程中發出的輻射。帶電粒子的速度遠小於光速c時，軔致輻射與電離相比顯得並不重要；帶電粒子的速度接近光速c時，軔致輻射是其能量損失的主要機制。軔致輻射是產生高能光子束（X射線、γ射線）的基本方法，用這種光子束可研究基本粒子和原子核的電磁結構，以及輻射與物質相互作用過程。

在相對論狀態下，以粒子自身建立一個坐標系，該坐標系和地球坐標系之間進行洛倫茲變換，可得帶電粒子輻射公式。

以上三式是考慮了相對論效應後描述軔致輻射的表達式，其中各量表示如下：E電場強度矢量，q帶電粒子電量，r觀察點與帶電粒子距離，c真空中光速， 0真空介電常數，a加速度矢量，er是從帶電粒子為圓心指向空間的單位徑向矢量，v為帶電粒子速度，B磁感應強度矢量，S能流密度矢量，

是粒子前進方向與er的夾角。

由此可見，粒子輻射的能量流多少和粒子加速度的平方成正比，與距離的平方成反比，且輻射方向集中在粒子前進方向的斜前方。

重要特徵

在庫侖碰撞中，軔致輻射的總功率正比於相碰粒子電荷數Z²的乘積，反比於入射粒子質量m²。所以，作為一種能量損失機制，介質元素愈重，入射粒子愈輕，此種效應愈重要。人們研究得最多的是最輕粒子——電子的入射束流在原子核或離子庫侖勢中散射時的軔致輻射損失。
在熱核聚變反應中，軔致輻射的作用是極為重要的。它引起的能量損失與聚變能的產生皆正比於粒子數密度的二次方，並都是某種隨溫度T增長的函式，溫度較低時前者超過後者，溫度較高時後者超過前者。兩者之間的競爭決定著得失相當的點火溫度。此外，聚變使用的是低電荷數Z的核燃料，由於軔致輻射隨Z增加很快，極少量的重離子雜質將迫使點火溫度大大提高。這是任何核聚變裝置中都要密切注意的問題。
軔致輻射的一個重要特徵是具有連續譜，其強度在很寬的頻譜範圍內變化緩慢。

此時經典理論早已不適用。軔致輻射的低頻段可用經典電動力學來處理，高頻段則需用量子電動力學來計算。非相對論性粒子的軔致輻射方向性不強，軔致輻射是部分偏振的。

真空中的粒子

帶電粒子在真空中有正或負的加速度時，會以電磁輻射的形式釋放能量，這在拉莫方程式中及其相對論一般化中所描述。儘管術語“軔致輻射”通常是保留給帶電粒子在物質中加速，而不是在真空中，但是方程式是相似的。（在這方面，軔致輻射不同於切倫科夫輻射，切倫科夫輻射是另外一種制動輻射,只發生在物質中，而不是在真空中進行。）

軔致輻射是高能光子成分相當豐富的一種輻射。在高能端，軔致輻射單個光子的能量幾乎可以等於高能電子的全部動能。在天體物理學中，軔致輻射泛指一個電子在與正離子發生碰撞而速度突然改變時產生的輻射，這裡碰撞電子的能量不一定很高。

總

輻射功率

總輻射功率最為確定的相對論公式為：

軔致輻射來源

X射線管

在X射線管中，電子在真空中通過電場被加速並被射入稱為“靶”的金屬片。X射線被在金屬中減速的電子所發射。輸出頻譜包含X射線的連續頻譜，並在一定的能量之處有尖峰。

β衰變

發射β粒子的物質有時會表現出有連續光譜的微弱輻射是因為軔致輻射。