Синхротронное излучение

Синхротронное (или магнитотормозное) излучение — электромагнитное излучение, испускаемое заряженными частицами, движущимися с релятивистскими скоростями по траекториям, искривлённым магнитным полем.

Природа синхротронного излучения

Аналогичное излучение нерелятивистских частиц, движущихся по круговым или спиральным траекториям в магнитном поле, происходящее на гиромагнитной частоте ${\displaystyle \nu _{C}=qH/(2\pi mc)}$ (где ${\displaystyle q}$ — заряд, ${\displaystyle m}$ — масса частицы) и её первых гармониках называют циклотронным излучением. С увеличением скорости частицы интенсивность высоких гармоник возрастает — это явление может быть интерпретировано как сокращение длины волны излучения вдоль направления движения частицы вследствие эффекта Доплера.

Для релятивистских частиц с энергией ${\displaystyle E\gg mc^{2}}$ излучение в области высоких гармоник обладает практически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгновенной скорости в узком конусе с углом раствора ${\displaystyle \psi \sim mc^{2}/E}$.

Максимум излучения частицы с энергией ${\displaystyle E}$, движущейся в магнитном поле с составляющей ${\displaystyle H}$, перпендикулярной вектору скорости частицы, приходится на частоту:

${\displaystyle \nu _{m}={\frac {eH}{4\pi mc}}\cdot \left({\frac {E}{mc^{2}}}\right)^{2}=1{,}4\cdot 10^{6}H\left({\frac {E}{mc^{2}}}\right)^{2}}$ Гц,

при этом мощность излучения релятивистской частицы с энергией ${\displaystyle E}$ пропорциональна квадрату энергии при постоянном магнитном поле:

${\displaystyle -{\frac {\partial E}{\partial t}}={\frac {2e^{4}}{3m^{4}c^{7}}}H^{2}E^{2}=0{,}98\cdot 10^{-3}H^{2}\left({\frac {E}{mc^{2}}}\right)^{2}}$ эВ/с.

Поскольку мощность синхротронного излучения частицы сильно зависит от массы, то наибольшее значение такое излучение имеет для лёгких частиц — электронов и позитронов.

В плоскости орбиты электрона излучение поляризовано линейно с вектором ${\displaystyle {\vec {E}}}$, лежащим в плоскости орбиты. На некотором угловом расстоянии от этой плоскости наблюдается эллиптическая поляризация, знаки по обе стороны от плоскости орбиты противоположны.

Свойства синхротронного излучения

Синхротронное излучение пучка электронов в магнитном поле приводит к радиационной самополяризации электронов в пучке (Эффект Соколова — Тернова). Это явление используется в технике для создания пучка поляризованных электронов.

Синхротронное излучение в природе

Наблюдается в Крабовидной туманности и многих других космических объектах.

Синхротронное излучение в технике

См. также

• Циклотронное излучение
• Синхротрон
• Вигглер
• Тонкая структура спектров поглощения рентгеновских лучей

Ссылки

• Физическая энциклопедия, т. 4 — М.: Большая Российская Энциклопедия стр. 532 и стр. 533.

Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Для улучшения этой статьи желательно: Проставив сноски, внести более точные указания на источники. Добавить иллюстрации. Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

В другом языковом разделе есть более полная статья Synchrotron radiation (англ.). Вы можете помочь проекту, расширив текущую статью с помощью перевода. При этом, для соблюдения правил атрибуции, следует установить шаблон {{переведённая статья}} на страницу обсуждения, либо указать ссылку на статью-источник в комментарии к правке.