Синхротронное излучение

Синхротро́нное излучение

Магнитотормозное излучение, излучение электромагнитных волн заряженными частицами, движущимися с релятивистскими скоростями в магнитном поле. Излучение обусловлено ускорением, связанным с искривлением траекторий частиц в магнитном поле. Аналогичное излучение нерелятивистских частиц, движущихся по круговым или спиральным траекториям, называют циклотронным излучением; оно происходит на основной гиромагнитной частоте (См. Гиромагнитная частота) и её первых гармониках. С увеличением скорости частицы роль высоких гармоник возрастает; при приближении к релятивистскому пределу излучение в области наиболее интенсивных высоких гармоник обладает практически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгновенной скорости в узком конусе с углом раствора Ψ~ mc2/Е где m и Е — масса и энергия частицы, с — скорость света в вакууме.

Полная мощность излучения частицы с энергией Е >> mc2 равна:

эв/сек

где е — заряд частицы, H_⊥ — составляющая магнитного поля, перпендикулярная скорости частицы. Сильная зависимость излучаемой мощности от массы частицы делает С. и. наиболее существенным для лёгких частиц — электронов и Позитронов. Спектральное (по частоте ν) распределение излучаемой мощности определяется выражением:

где , а — цилиндрическая функция (См. Цилиндрические функции) второго рода мнимого аргумента. График функции представлен на рис.

Характерная частота, на которую приходится максимум в спектре излучения частицы, равна (в гц).

Излучение отдельной частицы в общем случае эллиптически поляризовано с большой осью эллипса поляризации, расположенной перпендикулярно видимой проекции магнитного поля. Степень эллиптичности и направление вращения электрического вектора зависят от направления наблюдения по отношению к конусу, описываемому вектором скорости частицы вокруг направления магнитного поля. Для направлений наблюдения, лежащих на этом конусе, поляризация линейная.

С. и. первоначально наблюдалось от электронов в циклических ускорителях, в частности в Синхротроне, откуда оно и получило название. Потери энергии на С. и., а также связанные с С. и. квантовые эффекты в движении частиц необходимо учитывать при конструировании циклических ускорителей электронов высокой энергии. С. и. циклических ускорителей электронов используется для получения интенсивных пучков поляризованного электромагнитного излучения в ультрафиолетовой области спектра и в области «мягкого» рентгеновского излучения; пучки рентгеновского С. и. применяются, в частности, в рентгеновском структурном анализе (См. Рентгеновский структурный анализ).

Большой интерес представляет С. и. космических объектов, в частности нетепловой радиофон Галактики, нетепловое радио- и оптическое излучение дискретных источников (сверхновых звёзд (См. Сверхновые звёзды), пульсаров (См. Пульсары), квазаров (См. Квазары), радиогалактик (См. Радиогалактики)). Синхротронная природа этих излучений подтверждается особенностями их спектра и поляризации. Согласно современных представлениям, релятивистские электроны, входящие в состав космических лучей (См. Космические лучи), дают С. и. в космических магнитных полях в радио-, оптическом, а возможно, и в рентгеновском диапазонах. Измерения спектральной интенсивности и поляризации космических С. и. позволяют получить информацию о концентрации и энергетическом спектре релятивистских электронов, величине и направлении магнитного поля в удалённых частях Вселенной.

С. И. Сыроватский.

Рис. к ст. Синхротронное излучение.