Backscatter

Backscatter Retrodiffusione del sole sulle nuvole che danno uno spettro di Brocken . Presentazione

genere	Fenomeno fisico

La retrodiffusione è la parte dell'onda di trasmissione , di particelle o segnali nella loro direzione originale. Di solito si tratta di riflessione diffusa , al contrario della riflessione speculare da uno specchio, sebbene la retrodiffusione speculare possa verificarsi a un'incidenza normale con una superficie. La retrodiffusione ha importanti applicazioni in astronomia , fotografia , radar e ultrasuoni medici. L'effetto opposto è la diffusione in avanti, ad esempio quando un materiale traslucido come una nuvola diffonde la luce solare e fornisce una luce soffusa.

Definizione

A volte lo scattering è più o meno isotropo, cioè le particelle in arrivo vengono disperse in modo casuale in varie direzioni, senza particolare preferenza per lo scattering all'indietro. In questi casi, il termine "retrodiffusione" si riferisce semplicemente alla posizione del rilevatore scelto per alcuni motivi pratici:

• nell'imaging a raggi X, backscatter significa semplicemente la direzione opposta all'imaging in trasmissione;
• nella spettroscopia a neutroni anelastici o raggi X, viene scelta la geometria di retrodiffusione perché ottimizza la risoluzione energetica;
• in astronomia , la luce retrodiffusa è quella riflessa con un angolo di fase inferiore a 90 ° rispetto a quello di emissione.

In altri casi, l'intensità della diffusione viene aumentata verso la parte posteriore. Questo può avere diversi motivi:

• In alpenglow , la luce rossa prevale perché la parte blu dello spettro è esaurita dallo scattering di Rayleigh  ;
• Nel gegenschein , l'interferenza costruttiva può giocare un ruolo;
• Si osserva una retrodiffusione coerente in mezzi casuali (per la luce visibile ciò si verifica più spesso in sospensioni come il latte). A causa della scarsa localizzazione, si osserva una migliore dispersione multipla nella direzione opposta.

Cause

La retrodiffusione può verificarsi in situazioni fisiche molto diverse in cui le onde o le particelle in arrivo vengono deviate dalla loro direzione originale da diversi meccanismi:

• Riflessione diffusa da particelle di grandi dimensioni e scattering Mie , che causa luce alpina , gegenschein e retrodiffusione radar  ;
• Collisioni anelastiche tra onde elettromagnetiche e mezzo emittente ( scattering Brillouin e scattering Raman ), significative in fibra ottica;
• Collisioni elastiche tra ioni accelerati e un campione ( spettroscopia a retrodiffusione di Rutherford );
• Diffrazione di Bragg dai cristalli, utilizzata in esperimenti di diffusione anelastica (retrodiffusione di neutroni, spettroscopia di retrodiffusione di raggi X);
• Scattering Compton , utilizzato nell'imaging a raggi X retrodiffuso;
• Backscattering stimolato osservato in ottica non lineare e descritto da una classe di soluzioni all'equazione a tre onde.

Le proprietà di retrodiffusione di un bersaglio dipendono dalla lunghezza d'onda e possono anche dipendere dalla polarizzazione . È quindi possibile utilizzare sistemi di sensori che utilizzano più lunghezze d'onda o polarizzazioni per ricavare informazioni aggiuntive sulle proprietà del target.

Utilizza

Analisi delle particelle

Nell'analisi radiochimica della scienza dei materiali, la retrodiffusione di un fascio di ioni o elettroni ad alta energia che colpisce un campione viene utilizzata per determinarne la struttura.

Guida d'onda

Il processo di retrodiffusione viene utilizzato nelle applicazioni in fibra ottica e in guida d'onda per rilevare i difetti ottici. La luce che si propaga attraverso questi mezzi si attenua in modo esponenziale a causa della diffusione di Rayleigh. Se la pendenza del grafico logaritmico della trasmissione è ripida, la perdita di potenza è elevata. Se la pendenza è dolce, la fibra ottica mostra una caratteristica di perdita soddisfacente. La misurazione della perdita con il metodo di retrodiffusione può misurare un cavo in fibra ottica ad un'estremità senza tagliare la fibra ottica, quindi, può essere convenientemente utilizzata per la costruzione e la manutenzione delle fibre ottiche.

Fotografia

Il termine retrodiffusione in fotografia si riferisce alla luce di un flash o di una luce stroboscopica che riflette particelle nel campo visivo dell'obiettivo, causando la comparsa di macchie di luce nella foto. Ciò dà origine a quelli che a volte vengono chiamati artefatti orbitali. La retrodiffusione fotografica può derivare da fiocchi di neve, pioggia, nebbia o polvere sospesa nell'aria. A causa dei limiti di dimensione delle moderne fotocamere compatte e ultracompatte, in particolare delle fotocamere digitali, la distanza tra l'obiettivo e il flash incorporato è diminuita, diminuendo così l'angolo di riflessione della luce verso l'obiettivo e aumentando la probabilità di luce riflessione da particelle normalmente sotto-visibili. Di conseguenza, l'artefatto del globo è comune con piccole fotografie da fotocamere digitali o da pellicola.

Rilevamento remoto

La retrodiffusione è il principio di base dei sistemi a ultrasuoni, radar, sonar e lidar. Tutti usano la proprietà che i bersagli hanno di riflettere una parte dell'energia incidente all'emettitore del segnale o ad un ricevitore secondario. In generale, utilizzeremo il range dello scattering di Rayleigh per ottenere una proporzionalità tra il segnale incidente e il ritorno. Misurando il ritardo tra la trasmissione e la ricezione dell'impulso retrodiffuso dai diversi target, è anche possibile determinare la loro distanza dal trasmettitore, e quindi la loro posizione. Quando il sensore si muove, la registrazione e l'elaborazione del segnale retrodiffuso crea un'immagine bidimensionale della superficie illuminata a microonde.

Nei radar meteorologici , la retrodiffusione è proporzionale alla sesta potenza del diametro del bersaglio moltiplicato per le sue proprietà di riflessione intrinseche, a condizione che la lunghezza d'onda sia maggiore del diametro delle particelle. L'acqua è quasi 4 volte più riflettente del ghiaccio, ma le goccioline sono molto più piccole dei fiocchi di neve o dei chicchi di grandine e quindi la retrodiffusione dipende da una miscela di questi due fattori. La retrodiffusione più forte proviene dalla grandine e dal grande nevischio a causa delle loro dimensioni, ma gli effetti non Rayleigh (scattering Mie) possono interferire con l'interpretazione. Un altro feedback importante è la granita che combina le dimensioni dei fiocchi di neve e la riflettività dell'acqua e fornisce un'amplificazione del feedback chiamata "  banda lucida  ". I radar meteorologici a doppia polarizzazione misurano la retrodiffusione rispetto alla polarizzazione orizzontale e verticale per dedurre informazioni sulla forma e sul tipo di precipitazione .

Lo scanner a raggi X cattura la retrodiffusione di raggi X a bassissima energia per fornire sicurezza negli aeroporti. Consente di visualizzare gli oggetti contenuti nei bagagli o nascosti sotto i vestiti.

Riferimenti

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Articoli Correlati

• Grandine (retrodiffusione a tre corpi)

link esterno

Registri dell'autorità  :

• Libreria del Congresso