산란(scattering)

한 방향으로 진행하는 파가 물체(표적)에 부딪칠 때 그 물체를 중심으로 확산파(구면파)가 일어나는 현상. 산란은 파의 파장과 표적의 크기 사이의 관계, 파와 표적의 상호작용 등 두 가지 요인으로 결정된다.

파의 파장에 비해 물체의 크기가 지나치게 크면 거의 산란되지 않는다.

파가 표적과 충돌할 때의 상호작용은 전자기파처럼 표적 물체의 유전율이나 음파의 경우처럼 표적 물체의 밀도에 따라 달라진다.

산란의 예를 들면 빛은 빛의 파장보다 훨씬 작은 입자와 부딪힐 때 레일리 산란이 일어나고 다수의 미립자에 의해 산란되면 다중산란이 일어난다.

특히 미립자의 분포가 불규칙할 때 틴들 현상(Tyndall phenomenon)이 나타나고 빛이 진행함에 따라 직진하는 부분이 감쇠된다.

한편, 결정에 의한 X선의 산란은 다수의 산란체로 인해서 생긴 산란파가 방향에 따라 강해지기도 하고 약해지기도 한다.

이러한 다중산란은 동력학적 회절이론으로 다룬다.

양자역학적인 입자의 충돌도 파의 산란으로 설명된다.

충돌할 때 입자의 진행방향만이 변하고 에너지는 변화하지 않는 경우를 탄성산란이라 하며 표적인 분자·원자나 원자핵이 입사파(입자)인 전자·양성자와 상호작용하여 전자들뜸, 이온화, 분자의 분해 및 원자핵의 들뜸이 일어날 때를 비탄성산란이라고 한다.

비탄성산란처럼 입자의 종류나 수가 변하는 것을 반응이라 하며 이 때의 산란파는 입자의 에너지나 종류에 따라 채널로 분류되어 기술된다.

다른 채널의 파는 간섭하지 않는다.

일반적으로 입사파와의 간섭성을 잃은 산란파를 만드는 산란을 비간섭성 산란이라고 한다.

원자핵에 의한 산란으로서 복합핵을 형성하는 과정을 거칠 때 탄성산란일지라도 비간섭성이다.

산란과정을 생성된 입자의 종류나 운동량 벡터로 구별하면 각 과정 a가 일어날 빈도는 입사파의 진행방향의 수직면적에 부딪힌 입사파로 표시한다.

그 면적 dσ(a)를 과정 a의 미분단면적이라 한다.

미분단면적에 입사파의 강도(입사방향과 수직단위면적을 단위시간에 통과하는 입자수)를 곱하면 과정 a가 단위시간에 일어나는 수이다.

입자의 입사에 따른 산란현상은 원자핵이나 소립자 분야에서는 가장 중요한 연구방법이다.

원자·분자물리학 등에서 분광학 다음으로 중요한 연구방법으로 자리잡고 있다.

사이언스올