Физическая энциклопедия - перенос излучения

распространение эл.-магн. излучения (напр., оптического излучения) в среде при наличии процессов испускания, поглощения или рассеяния. Процесс П. и. представляет собой пространственно-частотное преобразование поля излучения, характеризующегося распределением интенсивности излучения по частотам, координатам и направлениям переноса лучистой энергии.

Поле излучения полностью определяется заданием спектр. интенсивностей излучения Iv=Iv(r, W, t), таких, что величина IvdvdWdSdt есть кол-во лучистой энергии в спектр. интервале (v, v+dv) и в телесном угле dW, протекающей за время dt через площадку dS, помещённую в точке r перпендикулярно выбранному направлению.

Прохождение пучка света через в-во сопровождается его ослаблением вследствие поглощения и рассеяния квантов света или усилением вследствие процессов вынужденного и спонтанного испускания и рассеяния. Изменение спектр. интенсивности излучения подчиняется осн. ур-нию П. и., получаемому из условия баланса излучения в среде и представляющему собой дифф.

ур-ние в частных производных относительно интенсивности, как функции координат, времени и направления. В общем случае ур-ние П. и. не решается, однако в конкретных задачах допускаются упрощения и решение возможно. Так, для стационарного поля излучения изменение интенсивности при прохождении параллельного пучка в среде с малой частотной дисперсией есть dI/dx=-cI, где c характеризует суммарное ослабление света в среде с учётом процессов поглощения, вынужденного испускания и рассеяния.

Решение этого ур-ния приводит к известному экспоненциальному закону ослабления света с расстоянием х (Бугера Ламберта Бера закон). С формальной точки зрения задачи П. и. можно разделить на два класса. К первому относятся процессы, в к-рых можно пренебречь частотной трансформацией поля излучения при его вз-ствии с в-вом. Так, напр.

, рассеяние света атмосферами планет рассматривается как П. и. без изменения частоты в процессах рассеяния. Ко второму классу относятся процессы, когда существенно перераспределение спектр. интенсивностей излучения Iv в результате вз-ствия излучений разл. частот с в-вом. Подобная ситуация возникает, напр., при прохождении света в резонансной среде, где имеется уширение контура спектр.

линии за счёт процессов столкновения. Вообще говоря, ур-ние П. и. описывает поле неравновесного излучения. Однако в процессах П. и. в создании результирующей интенсивности в заданной точке пр-ва участвуют лишь кванты, приходящие из непосредств. окрестности (неск. длин пробега); остальные не доходят, поглощаясь и рассеиваясь в пути.

Т. о., даже если оптически плотная среда термодинамически неравновесна, это почти не сказывается на интенсивности излучения в рассматриваемой точке и становится возможным локальное равновесие излучения с в-вом. Существование локального равновесия важно для мн. задач П. и., к-рые решаются в приближении лучистой теплопроводности, сводящем осн.

ур-ние П. и. к диффузионному, методы решения к-рого хорошо разработаны. Исторически процессы П. и. впервые исследовались в астрофизике. Изучение распределения темп-ры и поля излучения в фотосферах звёзд для расчёта их светимости пример классич. задачи, на основе к-рой была построена теория П. и. и разработаны методы решения ур-ния переноса.

В атмосфере П. и. ответствен за ряд физ. явлений (напр., голубой цвет неба обусловлен процессами рассеяния в атмосфере солн. света). П. и. следует учитывать в задачах газодинамики, в ударных волнах большой интенсивности и т. п. Всё большее значение приобретает изучение процессов П. и. в исследовании плазмы, параметры к-рой невозможно интерпретировать без учёта явлений переноса, в понимании процессов в лазерах и квантовых усилителях, где неравновесное поле излучения определяет практически все рабочие параметры. Специфика процессов П. и. в этом случае определяется тем, что излучение распространяется в сильно неравновесной резонансной среде, возбуждённой внеш. источником, когда благодаря инверсии населённости ат. энергетич. уровней вынужденное испускание преобладает над поглощением. При этом происходит не ослабление света по мере прохождения его через среду, а усиление с сохранением его когерентности. .