Rozptyl (žiarenie)

Rozptyl alebo difúzia je prejav interakcie žiarenia (svetlo, pohybujúce sa častice) s optickými nehomogenitami prostredia, ktoré spôsobujú odklon žiarenia z pôvodného smeru.

Všeobecne rozlišujeme dva typy rozptylu, elastický a kvázielastický. Elastický rozptyl je rozptyl, pri ktorom sa energia žiarenia nemení (alebo len veľmi málo) a kvázielastický rozptyl mení energiu žiarenia. Tieto termíny sú odvodené z kinetickej štúdie zrážok tuhých telies. Hlavné formy elastického elektromagnetického rozptylu sú Rayleighov rozptyl a Mieov rozptyl. Hlavné formy kvázielastického elektromagnetického rozptylu sú Ramanov rozptyl, Brillouinov rozptyl, rozptyl röntgenového žiarenia a Comptnov rozptyl.

Pri prechode svetla (elektromagnetického žiarenia) látkou sú jej molekuly ovplyňované premenným (oscilujúcim) elektrickým poľom. Vonkajšie elektrické pole s intenzitou ${\displaystyle {\vec {E}}}$ indukuje v látke dipólový moment orientovaný proti vonkajšiemu elektrickému poľu.

${\displaystyle {\vec {p}}=\alpha .{\vec {E}}}$

${\displaystyle \alpha }$ je koeficient polarizovateľnosti danej častice látky.

Indukované dipóly sa periodicky menia s rovnakou frekvenciou, ako vektor prechádzajúceho intenzity ${\displaystyle {\vec {E}}}$ prechádzajúceho žiarenia. Po zrušení vplyvu vonkajšieho poľa zaniká aj indukovaný dipól ${\displaystyle {\vec {p}}}$.

Podľa teórie elektromagnetického žiarenia je každý oscilujúci dipól zdrojom elektromagnetického žiarenia s frekvenciou zhodnou s frekvenciou oscilácie dipólu. Toto žiarenie dipól emituje do všetkých smerov priestoru. Preto sa molekuly, atómy či ióny látok interagujúcich so svetlom stávajú sekundárnym zdrojom svetelného žiarenia s rovnakou frekvenciou (ak zanedbáme Ramanov efekt) ako má pôvodné prechádzajúce žiarenie. Tento teorém sa nazýva Huygensov princíp.

V opticky homogénnom prostredí sa sekundárne svetelné žiarenie častíc látky interferenciou vzájomne vyruší, a to vo všetkých smeroch, okrem smeru šíriaceho sa žiarenia. Úplne opticky homogénne prostredie môže byť však len ideálny kryštáľ pri teplote 0 K.

Reálne látky opticky homogénne nie sú, nehomogénne zložky prostredia majú polarizovateľnosť inú ako je polarizovateľnosť prostredia (svetlo v nich indukuje dipólové momenty iné ako v časticiach prostredia), a preto nie všetko sekundárne žiarenie sa v nich vyruší interferenciou. Sekundárne žiarenie, ktoré sa interferenciou nevyruší, pozorujeme ako žiarenie rozptýlené danou látkou.