
【电】 recombination radiation
复合辐射(Composite Radiation)是物理学中描述多种辐射源或辐射机制共同作用产生的电磁波现象。根据《牛津物理学术语词典》的定义,该术语特指由不同频率、不同产生机制(如热辐射、同步辐射、轫致辐射)在介质中叠加形成的宽谱电磁辐射。
从能量转换机制分析,复合辐射包含三个核心特征:1) 多源耦合性,例如等离子体中自由电子与离子的碰撞辐射(轫致辐射)与磁场约束下的回旋辐射并存;2) 非线性叠加效应,各频段辐射强度遵循辐射传输方程中的积分关系;3) 介质响应特征,其数学表达式可表示为: $$ I( u) = sum_{i=1}^n epsilon_i( u)e^{-taui( u)} + int{V} j_ u ds $$ 其中$epsilon_i$代表离散辐射源强度,$taui$为光学深度,$j u$是连续辐射系数。
该现象在天体物理学和核聚变研究中有重要应用,如欧洲核子研究中心(CERN)2023年公布的托卡马克等离子体诊断报告指出,复合辐射谱分析可有效测定聚变反应区的电子温度分布。美国国家标准与技术研究院(NIST)的辐射数据库收录了超过200种物质的复合辐射系数参考值。
复合辐射是天体物理中重要的辐射机制之一,指自由电子被带电离子俘获并形成束缚态时释放光子的过程,属于自由-束缚跃迁(free-bound transition)。以下是其核心要点:
基本机制
当动能为 ( E_k ) 的自由电子靠近带正电的离子(如质子或电离原子)时,可能被离子电场俘获,跃迁至离子的束缚态(如氢原子的某个主量子数 ( n ) 的能级)。此过程中,电子动能和结合能转化为光子能量释放,即 ( h
u = E_k + frac{Z R_H}{n} )(( Z ) 为离子电荷数,( R_H ) 为里德伯常量)。
与轫致辐射的异同
温度与辐射波段
在高温(如 ( 10 , text{K} ))等离子体中,电子动能较高,复合辐射主要产生紫外或可见光波段的光子;低温时则以红外或射电波段为主。
天体物理意义
复合辐射是热等离子体冷却的重要途径,常见于恒星大气、电离氢区(H II区)等环境。例如,氢离子复合时会发射巴尔末线系(Balmer series),其谱线波长可通过公式 ( frac{1}{lambda} = R_H left( frac{1}{2} - frac{1}{n} right) ) 计算,典型波长如 ( H_alpha ) 线(656.3 nm)和 ( H_beta ) 线(486.1 nm)。
复合辐射的强度与温度、离子电荷密度等因素相关,在低温和高密度条件下更显著,而高温时轫致辐射可能占主导。
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