СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

       

(магнитотормозное излучение), излучение эл.-магн. волн заряж ч-цами, движущимися с релятив. скоростями в однородном магн. поле. Излучение ч-ц, движущихся в перем. электрич. и магн. полях, наз. ондуляторным излучением. С. и. обусловлено ускорением, связанным с искривлением траекторий ч-ц в магн. поле. Аналогичное излучение нерелятив. ч-ц, движущихся по круговым или спиральным траекториям, наз. циклотронным излучением; оно происходит на осн. гиромагнитной частоте и ее первых гармониках. С увеличением скорости ч-цы роль высоких гармоник возрастает; при приближении к релятив. пределу излучение в области наиб. интенсивных высоких гармоник обладает практически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгновенной скорости в узком конусе с углом раствора y=mс2/?, где m и ? — масса и энергия ч-цы.

Полная мощность излучения ч-цы с энергией ?->mc2 равна:

где е — заряд ч-цы, Н^ — составляющая магн. поля, перпендикулярная скорости ч-цы. Сильная зависимость излучаемой мощности от массы ч-цы делает С. и. наиб. существенным для лёгких ч-ц—эл-нов и позитронов. Спектральное (по частоте n) распределение излучаемой мощности определяется выражением:

K5/3(h) — цилиндрич. ф-ция второго рода мнимого аргумента. График ф-ции

представлен на рис. Характерная частота, на к-рую приходится максимум в спектре излучения ч-цы, равна (в Гц):

n»0,29•nc=l,8•1018H^?2эpr=4,6•10-6РH^?2эв.

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

Впервые С. и. наблюдалось в циклич. ускорителях эл-нов (в синхротроне, поэтому и получило назв. «С. и.»). Потери энергии на С. п., а также связанные с С. и. квант. эффекты в движении ч-ц необходимо учитывать при конструировании циклич. ускорителей эл-нов высокой энергии. С. и циклич. ускорителей эл-нов используется для получения интенсивных пучков поляризованного эл.-магн. излучения в УФ области спектра и в области «мягкого» рентг. излучения; пучки рентг. С. и. применяются, в частности, в рентгеновском структурном анализе.

Большой интерес представляет С. и. косм. объектов, в частности нетепловой радиофон Галактики, нетепловое радио- и оптич. излучение дискретных источников (сверхновых звёзд, пульсаров, квазаров, радиогалактик). Синхротронная природа этих излучений подтверждается особенностями их спектра и поляризации. Согласно совр. представлениям, релятив. эл-ны, входящие в состав космических лучей, дают С. и. в косм. магн. полях в радио-, оптическом, а возможно, и в рентгеновском диапазонах. Измерения спектр. интенсивности и поляризации косм. С. и. позволяют получить информацию о концентрации и энергетич. спектре релятив. эл-нов, величине и направлении магн. полей в удалённых частях Вселенной.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

- магнитотормозное излучение, испускаемоерелятивистскими заряж. частицами в однородном магн. поле. Излучение частиц, <движущихся в переменных электрич. и магн. полях, наз. ондуляторным излучением. С. и. обусловлено ускорением частиц, появляющемся при искривлении ихтраекторий в магн. поле. Аналогичное излучение нерелятивистских частиц, <движущихся по круговым или спиральным траекториям, наз. циклотронным излучением;оно происходит на осн. гиромагн. частоте и её первых гармониках. С увеличениемскорости частицы роль высоких гармоник возрастает; при приближении к релятивистскомупределу излучение в области наиб. интенсивных высоких гармоник обладаетпрактически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгновеннойскорости частицы в узком конусе с углом раствора , где т - масса покоя, -энергия частицы.

Полная мощность излучения частицы с энергией равна где е - заряд частицы,- составляющая магн. поля, перпендикулярная её скорости. Т. <к. излучаемаямощность сильно зависит от массы частицы, С. и. наиб. существенно для лёгкихчастиц - электронов и позитронов. Спектральное (по частоте ч )распределениеизлучаемой мощности определяется выражением

где , а -цилиндрич. ф-ция второго рода мнимого аргумента. Характерная частота, нак-рую приходится максимум в спектре излучения частицы:

Излучение отд. частицы в общем случае эллиптически поляризовано, причёмбольшая ось эллипса поляризации расположена перпендикулярно видимой проекциимагн. поля. Степень эллиптичности и направление вращения вектора напряжённостиэлектрич. поля зависят от направления наблюдения по отношению к конусу, <описываемому вектором скорости частицы вокруг направления магн. поля. Длянаправлений наблюдения, лежащих на этом конусе, поляризация излучения линейная.

Впервые С. и. предсказано А. Шоттом (A. Schott, 1912) и наблюдалосьв циклич. ускорителях электронов (в синхротроне, поэтому и получило назв. <С. и.). Потери энергии на С. и., а также связанные с С. и. квантовые эффектыв движении частиц необходимо учитывать при конструировании циклич. ускорителейэлектронов высокой энергии. С. и. циклич. ускорителей электронов используетсядля получения интенсивных пучков поляризов. эл.-магн. излучения в УФ-областиспектра и в области «мягкого» рентг. излучения; пучки рентг. С. и. применяютсяв рентгеновском структурном анализе, рентг. спектроскопии и др.

Большей интерес представляет С. и. космич. объектов, в частности нетепловойрадиофон Галактики, нетепловое радио- и оптич. излучение дискретных источников(сверхновых звёзд, пульсаров, квазаров, радиогалактик). Синхротронная природаэтих излучений подтверждается особенностями их спектра и поляризации. Релятивистскиеэлектроны, входящие в состав космич. лучей, в космич. магн. полях даютсинхротронную составляющую космич. излучения в радио-, оптическом и рентг. <диапазонах. Измерения спектральной интенсивности и поляризации космич. <С. и. позволяют получить информацию о концентрации и энергетич. спектререлятивисгских электронов, величине и направлении магн. полей в удалённыхчастях Вселенной.

Лит.: Соколов А. А., Тернов И. М., Релятивистский электрон, М.,1974; Кулипанов Г. Н., С к р и н с к и й А. Н., Использование синхротронногоизлучения: состояние и перспективы, «УФН», 1977, т. 122, в. 3; Синхротронноеизлучение. Свойства и применения, пер. с англ., М., 1981. С. И. Cыроватский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.