اتساع دوبلر

في الفيزياء الذرية ، يُعرف اتساع دوبلر بأنه اتساع خطوط الطيف نتيجة لتأثير دوبلر الناجم عن اختلاف سرعات الذرات أو الجزيئات . وتؤدي السرعات المختلفة للجسيمات الباعثة (أو الممتصة ) إلى انزياحات دوبلر مختلفة، وينتج عن ذلك اتساع خطوط الانبعاث (الامتصاص) بشكل تراكمي. ^{[ 1 ]} ويُعرف شكل الخط الناتج باسم شكل دوبلر .

ومن الحالات الخاصة اتساع خط دوبلر الحراري الناتج عن الحركة الحرارية للجسيمات. في هذه الحالة، يعتمد الاتساع فقط على تردد الخط الطيفي، وكتلة الجسيمات المنبعثة، ودرجة حرارتها ، وبالتالي يمكن استخدامه لاستنتاج درجة حرارة الجسم المنبعث (أو الممتص) الذي يتم فحصه طيفيًا.

عندما يتحرك جسيم (مثلاً، بفعل الحركة الحرارية) باتجاه الراصد، ينزاح الإشعاع المنبعث إلى تردد أعلى. وبالمثل، عندما يبتعد الباعث، ينخفض ​​التردد. في حالة عدم النسبية ، يكون انزياح دوبلر

${\displaystyle f=f_{0}\left(1+{\frac {v}{c}}\right),}$

أين${\displaystyle f}$هو التردد الملاحظ،${\displaystyle f_{0}}$هو التردد في الإطار المرجعي،${\displaystyle v}$هي سرعة الباعث باتجاه الراصد، و${\displaystyle c}$هي سرعة الضوء .

بما أن هناك توزيعًا للسرعات باتجاه الراصد وبعيدًا عنه في أي عنصر حجمي من الجسم المشع، فإن التأثير الصافي سيكون توسيع الخط المرصود.${\displaystyle P_{v}(v)\,dv}$هي نسبة الجسيمات ذات مركبة السرعة${\displaystyle v}$ل${\displaystyle v+dv}$على طول خط الرؤية، يكون التوزيع المقابل للترددات هو

${\displaystyle P_{f}(f)\,df=P_{v}(v_{f}){\frac {dv}{df}}\,df,}$

أين${\displaystyle v_{f}=c\left({\frac {f}{f_{0}}}-1\right)}$السرعة باتجاه الراصد تتوافق مع انزياح تردد السكون${\displaystyle f_{0}}$ل${\displaystyle f}$. لذلك،

يمكننا أيضًا التعبير عن التوسع بدلالة الطول الموجي${\displaystyle \lambda }$. منذ${\displaystyle v/c\ll 1}$،${\displaystyle \left|f/f_{0}-1\right|\ll 1}$وهكذا${\displaystyle {\frac {\lambda -\lambda _{0}}{\lambda _{0}}}\approx -{\frac {f-f_{0}}{f_{0}}}}$. لذلك،

في علم الفلك وفيزياء البلازما ، يُعدّ التوسع الحراري الدوبلري أحد تفسيرات اتساع خطوط الطيف، وبالتالي يُشير إلى درجة حرارة المادة المرصودة. مع ذلك، قد توجد أسباب أخرى لتوزيعات السرعة، كالحركة المضطربة على سبيل المثال . في حالة الاضطراب المتطور بالكامل، يصعب عادةً تمييز شكل الخط الناتج عن الشكل الحراري. ^{[ 2 ]} سبب آخر محتمل هو نطاق واسع من السرعات الكلية ، الناتج مثلاً عن أجزاء قرص التراكم الدوار بسرعة، المتباعدة والمقتربة . أخيرًا، هناك عوامل أخرى كثيرة تُسهم في اتساع الخطوط. على سبيل المثال، قد تؤدي كثافة عدد الجسيمات العالية إلى اتساع ستارك كبير .

يمكن أيضًا استخدام اتساع دوبلر لتحديد توزيع سرعة الغاز بمعرفة طيف امتصاصه. وقد استُخدم هذا على وجه الخصوص لتحديد توزيع سرعة سحب الغاز بين النجوم. ^{[ 3 ]}

يُستخدم اتساع دوبلر كخاصية تصميمية في المفاعلات النووية . ويستمر تفاعل الانشطار النووي بفضل النيوترونات التي تُسبب الانشطار في النوى القابلة للانشطار. ويؤدي اتساع دوبلر إلى طيف طاقة نيوتروني أكثر استواءً، مما يقلل من احتمالية تسبب النيوترون في الانشطار. ومع ارتفاع درجة حرارة وقود المفاعل، يُسطّح اتساع دوبلر طيف النيوترونات ويقلل من فرصة الانشطار أو امتصاص النيوترونات في الوقود. ^{[ 4 ]} وهذا يُنشئ معامل درجة حرارة سالب للوقود يُقلل من معدل التفاعل مع ارتفاع درجة حرارة المفاعل. ^{[ 5 ]} وتستخدم مفاعلات النيوترونات السريعة اتساع دوبلر (إلى جانب التمدد الحراري للوقود) لضمان السلامة السلبية للمفاعل. كما أنه يُخفف من الاضطرابات الصغيرة في التفاعل، مما يُسهل التحكم في المفاعل. ^{[ 6 ]}

يمكن استخدام مطيافية الامتصاص المشبع ، والمعروفة أيضًا باسم مطيافية دوبلر الخالية من تأثير دوبلر، لإيجاد التردد الحقيقي للانتقال الذري دون تبريد العينة إلى درجات حرارة يكون فيها اتساع دوبلر ضئيلاً.

• تأثير موسباور
• تأثير ديك