Диффузия излучения - распространение излучения в среде при наличии процессов многократного поглощения
и последующего некогерентного испускания фотонов. Д. и. характерна для молекулярных
и атомарных систем, в к-рых имеется полное или частичное перекрытие спектров
поглощения и испускания, типичное в случае реабсорбции излучения. Примером среды,
в к-рой лучистый перенос энергии осуществляется путём Д. и., может служить оптически
плотная газовая плазма (см. Излучение плазмы ).В ней кванты резонансного
излучения многократно перепоглощаются и переизлучаются, прежде чем покидают
излучающий объём.
Независимость направления
спонтанного испускания кванта от направления распространения кванта, приведшего
к фотовозбуждению атома среды, ещё в нач. 20-х гг. [А. Комптон (A. Compton)]
привела к попытке рассмотреть перенос излучения в условиях перепоглощения как
процесс, аналогичный диффузии классич. частиц. В рамках этой аналогии приближённая
связь потока
квантов заданной частоты v с их плотностью
даётся выражением ,
где - коэф. "диффузии"
квантов, аналогичный коэф. диффузии атомов и молекул: с - скорость "движения"
квантов, - длина
их пробега в веществе.
Условием применимости диффузионного
приближения при рассмотрении лучистого переноса энергии, как и в случае диффузии
частиц, является малость изменения плотности излучения на масштабах порядка
длины пробега .
При выполнении этого условия диффузионное приближение даёт неплохие результаты
и используется, напр., при рассмотрении лучистого теплообмена в среде
при небольших отклонениях от термодинамич. равновесия [1].
В действительности аналогия
между диффузией излучения и диффузией частиц не является точной. Важная особенность распространения
фотонов в среде состоит в том, что после поглощения кванта заданной частоты
в месте поглощения может быть испущен новый квант др. частоты и в произвольном
направлении. Более строгое рассмотрение процесса Д. и. проводится с учётом распространения
всех фотонов, относящихся к данной спектральной линии вещества. В этом случае
ослабление пучка фотонов, распространяющихся в среде, уже не удовлетворяет обычному
экспоненциальному Бугера - Ламберта - Бера закону, а описывается интегральным
выражением вида
где wv
- вероятность испускания фотона частоты
- коэф. поглощения на данной частоте. Строгая теория Д. и. приводит к интегродифференциальному
ур-нию для определения распространяющегося потока квантов [2, 3]; при этом ядро
ур-ния есть медленно убывающая с расстоянием функция, вид к-рой определяется типом
уширения спектральной линии. Разработаны методы расчёта задач Д. и. в строгой
постановке [3, 4], дающие хорошие результаты при интерпретации данных о распределении
поля и распространении излучения в резонансных средах.
Иногда термин "диффузия излучения" применяется при описании распространения излучения в неоднородных (рассеивающих) средах, однако это употребление не общепринято.
В. Л. Комолов