Strahltemperatur

Die Strahltemperatur beschreibt in der Physik die Breite der Geschwindigkeitsverteilung in einem Teilchenstrahl.

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

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

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

Darin ist $\operatorname {Var} (v)$ 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: $\operatorname {Var} (v_{\|/\bot })=\langle v_{\|/\bot }^{2}\rangle$ .

Die Strahltemperatur kann auch als Maß für die Phasenraumdichte der Strahlen aufgefasst werden. Speziell beim Kühlen eines Teilchenstrahls wird die Phasenraumdichte für niedrigere Geschwindigkeiten erhöht, da die Teilchen nach Kühlung einen engere Geschwindigkeitsbereich (kleinere Varianz der Verteilung) einnehmen.

Siehe auch

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).