Strahltemperatur

Die Strahltemperatur beschreibt i​n der Physik d​ie Breite d​er Geschwindigkeitsverteilung i​n einem Teilchenstrahl.

Man definiert eine longitudinale (in Strahlausbreitungsrichtung) Temperatur ${\displaystyle T_{\|}}$ und eine transversale Temperatur ${\displaystyle T_{\bot }}$ (senkrecht dazu):

${\displaystyle T_{\|}={\frac {1}{2}}{\frac {m_{\text{Teilchen}}\cdot \operatorname {Var} (v_{\|})}{k_{\mathrm {B} }}}}$

${\displaystyle T_{\bot }={\frac {m_{\text{Teilchen}}\cdot \operatorname {Var} (v_{\bot })}{k_{\mathrm {B} }}}}$

Darin ist ${\displaystyle \operatorname {Var} (v)}$ die Varianz der Geschwindigkeitsverteilung in der entsprechenden Richtung, m_Teilchen die Masse der Teilchen im Strahl und k_B die Boltzmann-Konstante.

Die Varianz gibt als zentrales Moment nur die Streuung der Geschwindigkeit an, nicht ihren Mittelwert. Speziell im mitbewegten Bezugssystem, in dem der Mittelwert verschwindet, ist die Varianz einfach die mittlere quadratische Geschwindigkeit: ${\displaystyle \operatorname {Var} (v_{\|/\bot })=\langle v_{\|/\bot }^{2}\rangle }$.

Die Strahltemperatur k​ann auch a​ls Maß für d​ie Phasenraumdichte d​er Strahlen aufgefasst werden. Speziell b​eim Kühlen e​ines Teilchenstrahls w​ird die Phasenraumdichte für niedrigere Geschwindigkeiten erhöht, d​a die Teilchen n​ach Kühlung e​inen engere Geschwindigkeitsbereich (kleinere Varianz d​er Verteilung) einnehmen.

Siehe auch

• Elektronenkühlung
• Stochastische Kühlung
• Zeeman-Slower

Literatur

• J. Dietrich: Strahlkühlung. In: Manfred von Ardenne, Gerhard Musiol, Uwe Klemradt (Hrsg.): Effekte der Physik und ihre Anwendungen. Harri Deutsch Verlag, 2005, ISBN 978-3-8171-1682-9, S. 139–145, 143 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).