Sinxrotron nurlanish spektri unchalik katta emas. Ya'ni, uni faqat bir nechta turlarga bo'lish mumkin. Agar zarracha relyativistik bo'lmasa, unda bunday nurlanish siklotron emissiyasi deb ataladi. Agar, aksincha, zarralar tabiatan relativistik bo'lsa, u holda ularning o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan nurlanishlar ba'zan ultrarelyativistik deb ataladi. Sinxron nurlanish sun'iy (sinxrotronlarda yoki saqlash halqalarida) yoki tabiiy ravishda magnit maydonlar orqali tez harakatlanadigan elektronlar tufayli amalga oshirilishi mumkin. Shu tarzda hosil bo'ladigan nurlanish xarakterli qutblanishga ega va hosil bo'lgan chastotalar butun elektromagnit spektr bo'ylab farq qilishi mumkin, bu doimiy nurlanish deb ham ataladi.
Ochilish
Bu hodisa 1946 yilda qurilgan General Electric sinxrotron generatori sharafiga nomlangan. Uning mavjudligi 1947 yil may oyida olimlar Frank Elder, Anatoliy Gurevich, Robert Langmuir va Herb tomonidan e'lon qilingan. Pollok o'zining "Sinxrotrondagi elektronlardan nurlanish" maktubida. Ammo bu faqat nazariy kashfiyot edi, siz ushbu hodisaning birinchi haqiqiy kuzatuvi haqida quyida o'qiysiz.
Manbalar
Yuqori energiyali zarralar, jumladan, magnit maydon ta'sirida egri chiziq bo'ylab harakatlanishga majbur bo'lgan elektronlar tezlashganda sinxrotron nurlanishi hosil bo'ladi. Bu radio antennaga o'xshaydi, ammo farqi shundaki, nazariy jihatdan relativistik tezlik Lorentz koeffitsienti g bo'yicha Doppler effekti tufayli kuzatilgan chastotani o'zgartiradi. Relyativistik uzunlikning qisqarishi keyin boshqa faktor g tomonidan kuzatilgan chastotaga to'g'ri keladi va shu bilan rentgen diapazonidagi elektronlarni tezlashtiradigan rezonans bo'shlig'ining GGts chastotasini oshiradi. Nurlanish kuchi relativistik Larmor formulasi bilan, nurlanayotgan elektronga ta'sir qiladigan kuch esa Avraam-Lorents-Dirak kuchi bilan aniqlanadi.
Boshqa funksiyalar
Radiatsiya naqshini izotropik dipol naqshidan yuqori yo'n altirilgan nurlanish konusiga aylantirish mumkin. Elektron sinxrotron nurlanishi rentgen nurlarining eng yorqin sun'iy manbai hisoblanadi.
Tezlik tezlashuvi geometriyasi orbita tekisligida koʻrilganda radiatsiyani chiziqli qutblangan va shu tekislikka ozgina burchak ostida qaralganda aylana qutblanganga oʻxshaydi. Ammo amplituda va chastota qutb ekliptikasida joylashgan.
Sinxrotron nurlanish manbai, shuningdek, elektromagnit nurlanish (EM) manbai hisoblanadi.ilmiy va texnik maqsadlar uchun mo'ljallangan saqlash halqasi. Bu nurlanish faqat saqlash halqalari tomonidan emas, balki boshqa maxsus zarracha tezlatgichlari, odatda tezlashtiruvchi elektronlar tomonidan ham ishlab chiqariladi. Yuqori energiyali elektron nur hosil bo'lgandan so'ng, u bükme magnitlari va o'rnatish moslamalari (to'lqinli yoki tebranishlar) kabi yordamchi qismlarga yo'n altiriladi. Ular yuqori energiyali elektronlarni fotonlarga aylantirish uchun zarur boʻlgan kuchli magnit maydonlarni, perpendikulyar nurlarni taʼminlaydi.
Sinxrotron nurlanishidan foydalanish
Sinxrotron nurlarining asosiy qoʻllanilishi kondensatsiyalangan moddalar fizikasi, materialshunoslik, biologiya va tibbiyotdir. Sinxrotron yorug'likdan foydalangan holda eksperimentlarning aksariyati tibbiy tasvirlash uchun muhim bo'lgan elektron strukturaning sub-nanometr darajasidan mikrometr va millimetr darajasigacha bo'lgan materiya tuzilishini o'rganish bilan bog'liq. Amaliy sanoat qo'llanilishiga misol LIGA jarayonidan foydalangan holda mikro tuzilmalarni ishlab chiqarishdir.
Sinxrotron nurlanishi astronomik ob'ektlar tomonidan ham hosil bo'ladi, odatda bu erda relativistik elektronlar magnit maydonlar orqali spirallanadi (va shuning uchun tezlikni o'zgartiradi).
Tarix
Bu radiatsiya birinchi marta 1956 yilda Messier 87 tomonidan uchirilgan raketada Jeffri R. Burbidj tomonidan kashf etilgan, u buni 1953 yilda Iosif Shklovskiy bashoratining tasdig'i sifatida ko'rgan, biroq uni Hannes Alfven va Nikolay Xerlofson ilgari bashorat qilgan edi. 1950. Quyosh chaqnashlari zarrachalarni tezlashtiradi1948 yilda R. Giovanolli taklif qilgan va 1952 yilda Piddington tomonidan tanqidiy tavsiflanganidek, shu tarzda chiqaradilar.
Kosmos
Supermassiv qora tuynuklar gravitatsiyaviy tezlashtiruvchi ionlar natijasida hosil boʻlgan oqimlarni magnit maydonlarning superkordli “quvursimon” qutb hududlari orqali surish orqali sinxrotron nurlanishini yaratish uchun taklif qilingan. Messier 87 da eng yaqin bo'lgan bunday reaktivlar Hubble teleskopi tomonidan sayyoramiz ramkasidan 6 × s (yorug'lik tezligidan olti marta) chastotada harakatlanadigan superlyuminal signallar sifatida aniqlangan. Bu hodisa reaktivlarning yorug'lik tezligiga juda yaqin va kuzatuvchiga juda kichik burchak ostida harakatlanishi natijasida yuzaga keladi. Yuqori tezlikdagi reaktivlar o'z yo'lining har bir nuqtasida yorug'lik chiqaradiganligi sababli, ular chiqaradigan yorug'lik kuzatuvchiga reaktivning o'zidan tezroq yaqinlashmaydi. Shunday qilib, yuzlab yillik sayohat davomida chiqarilgan yorug'lik kuzatuvchiga ancha qisqa vaqt ichida (o'n yoki yigirma yil) etib boradi. Bu hodisada maxsus nisbiylik nazariyasining buzilishi yo'q.
Yorqinligi ≧25 GeV gacha boʻlgan tumanlikdan gamma-nurlanishning impulsiv emissiyasi yaqinda aniqlandi, bu ehtimol pulsar atrofidagi kuchli magnit maydonda tutilgan elektronlarning sinxrotron emissiyasi tufayli. Sinxrotron emissiyasi muhim bo'lgan astronomik manbalar sinfi pulsar shamol tumanliklari yoki qisqichbaqa tumanligi va unga aloqador pulsar arxetip bo'lgan plerionlardir. Qisqichbaqa tumanligida 0,1 dan 1,0 MeV gacha energiyada qutblanish odatiy sinxrotron nurlanishidir.
Hisoblash va kollayderlar haqida qisqacha
Ushbu mavzudagi tenglamalarda tez-tez tezlik maydoni deb ataladigan zarrachalarni ifodalovchi maxsus atamalar yoki qiymatlar yoziladi. Bu atamalar zarrachaning statik maydonining ta'sirini ifodalaydi, bu uning harakatining nol yoki doimiy tezlik komponentining funktsiyasidir. Aksincha, ikkinchi a'zo manbadan masofaning birinchi kuchining o'zaro nisbati sifatida tushadi va ba'zi atamalar tezlanish maydoni yoki radiatsiya maydoni deb ataladi, chunki ular zaryadning tezlashishi tufayli maydonning tarkibiy qismlari (tezlikni o'zgartirish).
Shunday qilib, nurlanish quvvati toʻrtinchi darajali energiya sifatida oʻlchanadi. Bu nurlanish elektron-pozitron doiraviy kollayderning energiyasini cheklaydi. Odatda, proton to'qnashuvi o'rniga maksimal magnit maydon bilan chegaralanadi. Shuning uchun, masalan, Katta adron kollayderi protonning massasi elektronnikidan 2000 baravar ko'p bo'lsa ham, boshqa zarracha tezlatgichidan 70 baravar yuqori massa energiya markaziga ega.
Terminologiya
Turli fan sohalarida atamalarni aniqlashning turli usullari mavjud. Afsuski, rentgen nurlari sohasida bir nechta atamalar "radiatsiya" bilan bir xil ma'noni anglatadi. Ba'zi mualliflar "yorqinlik" atamasidan foydalanadilar, bu atama bir vaqtlar fotometrik yorqinlikka nisbatan ishlatilgan yoki noto'g'ri ishlatilgan.radiometrik nurlanish belgilari. Intensivlik maydon birligi uchun quvvat zichligini bildiradi, lekin rentgen nurlari manbalari uchun odatda yorqinlikni bildiradi.
Voydalanish mexanizmi
Sinxrotron nurlanishi tezlatgichlarda zarrachalar fizikasi kontekstida istalmagan energiya yoʻqotishlarini keltirib chiqaradigan kutilmagan xatolik yoki koʻplab laboratoriya ilovalari uchun ataylab ishlab chiqilgan nurlanish manbai sifatida paydo boʻlishi mumkin. Odatda gigaelektronvolt oralig'ida bo'lgan yakuniy energiyaga erishish uchun elektronlar bir necha bosqichda yuqori tezlikka tezlashtiriladi. Elektronlar kuchli magnit maydonlar tomonidan yopiq yo'lda harakat qilishga majbur bo'ladi. Bu radio antennaga o'xshaydi, ammo farqi bilan relativistik tezlik Doppler effekti tufayli kuzatilgan chastotani o'zgartiradi. Relyativistik Lorentz qisqarishi gigagerts chastotasiga ta'sir qiladi va shu bilan uni elektronlarni rentgen diapazoniga tezlashtiradigan rezonans bo'shlig'ida ko'paytiradi. Nisbiylik nazariyasining yana bir dramatik ta'siri shundaki, nurlanish sxemasi relyativistik bo'lmagan nazariyadan kutilgan izotropik dipol naqshidan o'ta yo'n altirilgan nurlanish konusiga buziladi. Bu sinxrotron nurlanish diffraktsiyasini rentgen nurlarini yaratishning eng yaxshi usuliga aylantiradi. Yassi tezlanish geometriyasi radiatsiyani orbita tekisligida ko‘rilganda chiziqli polarizatsiya qiladi va bu tekislikka ozgina burchak ostida qaralganda dumaloq qutblanish hosil qiladi.
Turli foydalanish
Foydalanishning afzalliklariSpektroskopiya va diffraktsiya uchun sinxrotron nurlanishi 1960-1970-yillardan beri tobora o'sib borayotgan ilmiy jamoatchilik tomonidan amalga oshirildi. Dastlab zarrachalar fizikasi uchun tezlatgichlar yaratilgan. "Parazit rejimi" sinxrotron nurlanishidan foydalanilgan, bu erda eguvchi magnit nurlanish nurli quvurlarda qo'shimcha teshiklarni burg'ulash orqali olinishi kerak edi. Sinxrotron yorug'lik manbai sifatida taqdim etilgan birinchi saqlash halqasi birinchi marta 1968 yilda ishga tushirilgan Tantalus edi. Tezlashtiruvchi nurlanish kuchayib, uning qo'llanilishi yanada istiqbolli bo'lganligi sababli, uning intensivligini oshiruvchi qurilmalar mavjud halqalarga o'rnatildi. Sinxrotron nurlanish diffraktsiya usuli eng boshidanoq yuqori sifatli rentgen nurlarini olish uchun ishlab chiqilgan va optimallashtirilgan. To‘rtinchi avlod manbalari ko‘rib chiqilmoqda, ular juda zo‘r va ehtimol hali yaratilmagan tajribalar uchun o‘ta yorqin, impulsli, vaqtli strukturaviy rentgen nurlarini yaratish bo‘yicha turli tushunchalarni o‘z ichiga oladi.
Birinchi qurilmalar
Avvaliga bu nurlanishni hosil qilish uchun tezlatkichlardagi bukuvchi elektromagnitlardan foydalanilgan, biroq ba'zan kuchliroq yoritish effektini yaratish uchun boshqa maxsus qurilmalar, kiritish moslamalari ishlatilgan. Sinxrotron nurlanish diffraktsiyasining usullari (uchinchi avlod) odatda saqlash halqasining to'g'ri qismlari davriy bo'lgan manba qurilmalariga bog'liq.elektronlarning sinusoidal yoki spiral yo'lda harakatlanishiga olib keladigan magnit tuzilmalar (o'zgaruvchan N va S qutblar shaklida ko'plab magnitlarni o'z ichiga oladi). Shunday qilib, bitta egilish o'rniga, aniq hisoblangan pozitsiyalarda ko'plab o'nlab yoki yuzlab "burilishlar" nurning umumiy intensivligini qo'shadi yoki ko'paytiradi. Ushbu qurilmalar viggler yoki to'lqinli qurilmalar deb ataladi. To'lqinli va viggler o'rtasidagi asosiy farq ularning magnit maydonining intensivligi va elektronlarning to'g'ridan-to'g'ri yo'lidan og'ish amplitudasidir. Bu qurilmalar va mexanizmlarning barchasi endi Sinxrotron nurlanish markazida (AQSh) saqlanadi.
Ekstraktsiya
Akkumulyatorda zarrachalarning radiatsiya fonini tark etishi va eksperimentatorning vakuum kamerasigacha boʻlgan nur chizigʻini kuzatib borish imkonini beruvchi teshiklari bor. Bunday nurlarning katta qismi zamonaviy uchinchi avlod sinxrotron nurlanish qurilmalaridan kelib chiqishi mumkin.
Elektronlarni haqiqiy tezlatkichdan olish va yordamchi ultra yuqori vakuumli magnit omborida saqlash mumkin, u yerdan ularni koʻp marta ajratib olish (va ularni qayta ishlab chiqarish mumkin) mumkin. Halqadagi magnitlar, shuningdek, elektron to'plamlarini yo'q qilishga moyil bo'lgan "Kulon kuchlari" (yoki oddiyroq aytganda, kosmik zaryadlar) ga qarshi nurni qayta-qayta siqishi kerak. Yo'nalishni o'zgartirish tezlanishning bir shaklidir, chunki elektronlar zarracha tezlatgichida yuqori energiya va yuqori tezlanish tezligida nurlanish chiqaradi. Qoida tariqasida, sinxrotron nurlanishining yorqinligi ham xuddi shu tezlikka bog'liq.
