ПЕРЕНО́С ИЗЛУЧЕ́НИЯ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ПЕРЕНО́С ИЗЛУЧЕ́НИЯ в рассеивающих средах, распространение электромагнитного излучения в неоднородных средах в результате процессов многократного рассеяния. Основы теории П. и. заложены О. Д. Хвольсоном (1890), А. Шустером (Великобритания, 1905) и К. Шварцшильдом (1906) на основе представлений геометрич. оптики при изучении рассеяния света в молочных стёклах, солнечной атмосфере и атмосфере Земли. Ими было выведено феноменологич. уравнение П. и. для лучевой яркости в рассеивающей среде. В теории П. и. предполагалось, что рассеиваемые разл. элементарными объёмами световые пучки некогерентны, т. е. их интенсивности складываются. При учёте поляризации излучения вместо лучевой яркости используется четырёхкомпонентный вектор – параметр Стокса, первая компонента которого определяет яркость светового пучка, а три остальные – его поляризацию (С. Чандрасекар, 1953; В. В. Соболев, 1956).
В 1950-х гг. в связи с созданием теории частичной когерентности волновых полей начались активные исследования границ применимости теории П. и. с учётом статистич. теории многократного рассеяния волн в случайно-неоднородных средах. В 1967 рос. физики Ю. Н. Барабаненков и В. М. Финкельберг вывели феноменологич. уравнение П. и. в случайно-неоднородной среде с учётом корреляций дискретных рассеивателей и взаимного облучения рассеивателей внутри одной эффективной неоднородности – кластера рассеивателей. Одновременно было сформулировано условие применимости феноменологич. теории П. и. – пренебрежение всеми повторными рассеяниями излучения на одной и той же неоднородности (т. н. одногрупповое приближение) и расположение неоднородностей в дальней волновой зоне дифракции Фраунгофера по отношению друг к другу.
Первая часть этого условия применимости, называемая иногда приближением независимого рассеяния на эффективных неоднородностях, не рассматривает в многократном рассеянии волн петли с диаметром порядка и более средней длины свободного пробега излучения. (Петля – это путь светового пучка при рассеянии на неоднородностях с начальной и конечной точками на одной и той же неоднородности.) Наиболее хорошо изучен эффект многогруппового (или зависимого) рассеяния на эффективных неоднородностях, который проявляется в когерентном усилении обратного рассеяния. Впервые этот эффект был предсказан как волновая поправка к решению уравнения переноса для рассеяния, направленного точно назад (К. Уотсон, США, 1969). Использование техники циклич. диаграмм Фейнмана показало, что эта волновая поправка существует в узком конусе направлений рассеяния назад, ширина которого порядка отношения длины волны к длине свободного пробега излучения (Ю. Н. Барабаненков, 1973).
При когерентном усилении обратного рассеяния существуют когерентные петли, в которых два световых пучка рассеиваются на данной совокупности неоднородностей в обратной последовательности и имеют совпадающие начальную и конечную точки своих траекторий. Существуют также некогерентные петли, когда два световых пучка рассеиваются на данной совокупности неоднородностей в одинаковой последовательности и имеют траектории с началом и концом на одной и той же неоднородности. Некогерентные петли приводят к обратному рассеянию нестационарного излучения в модифицированной теории П. и. с запаздыванием, время которого порядка времени свободного пробега излучения. Др. вариант П. и. с запаздыванием возможен при пленении излучения резонансными рассеивателями.
Учёт петель в многократном рассеянии волн связан с отказом от той части условия применимости феноменологич. уравнения П. и., в которой пренебрегают всеми повторными рассеяниями излучения на одной и той же неоднородности. Отказ от части условия применимости феноменологич. уравнения переноса, которая требует расположения неоднородностей в дальней волновой зоне дифракции Фраунгофера, приводит к необходимости учёта эффектов ближних полей в виде эванесцентных (экспоненциально затухающих) волн вблизи эффективных неоднородностей.
При теоретич. изучении эффектов ближних полей при многократном рассеянии электромагнитных волн неоднородными диэлектрич. средами используются угловые спектральные амплитуды волн локального электромагнитного поля, распространяющихся в прямом и обратном направлениях относительно координатной оси, для определения глубины точки наблюдения в слое трёхмерной среды; учитывается эмиссия энергии из эванесцентной волны при её рассеянии диэлектрич. структурой, и для интерпретации эмиссии энергии рассматривается интерференция двух эванесцентных волн, распространяющихся навстречу друг другу (туннельная компонента П. и.). Т. о., построена модифицированная теория П. и. в случайно-неоднородной среде с учётом ближних полей около эффективных неоднородностей.
Теорию П. и. применяют в астрофизике при расчёте светимости звёзд, в теплофизике при анализе теплопередачи через излучение, в геофизике при изучении теплового баланса Земли, а также в акустике, теории плазмы и ядерной физике.