Циклотронное излучение - Cyclotron radiation

Циклотронное излучение является электромагнитное излучение испускается ускорением заряжен частицы отклоняются магнитное поле.^[1] В Сила Лоренца на частицы действует перпендикулярно как линиям магнитного поля, так и движению частиц через них, создавая ускорение заряженных частиц, которое заставляет их излучать излучение в результате ускорения, которому они подвергаются, когда они вращаются по спирали вокруг линий магнитного поля.

Название этого излучения происходит от циклотрон, тип ускоритель частиц используется с 1930-х годов для создания высокоэнергетических частиц для изучения. Циклотрон использует круговые орбиты, которые заряженные частицы демонстрируют в однородном магнитном поле. Кроме того, период орбиты не зависит от энергии частиц, что позволяет циклотрону работать с заданной частота. Циклотронное излучение испускается всеми заряженными частицами, движущимися через магнитные поля, а не только в циклотронах. Циклотронное излучение от плазма в межзвездная среда или около черные дыры и другие астрономические явления - важный источник информации о далеких магнитных полях.^[2]^[3]

Характеристики

В мощность (энергия в единицу времени) излучения каждого электрона можно рассчитать:^[4]

{ displaystyle {-dE over dt} = { sigma _ {t} B ^ {2} v ^ {2} over c mu _ {o}}}

где E это энергия, т время, ${ displaystyle sigma _ {t}}$ это Поперечное сечение Томсона (всего, а не разницы), B - напряженность магнитного поля, v - скорость, перпендикулярная магнитному полю, c это скорость света и ${ displaystyle mu _ {o}}$ это проницаемость свободного пространства.

Циклотронное излучение имеет спектр с основным пиком на той же основной частоте, что и орбита частицы, и гармоники при более высоких интегральных факторах. Гармоники являются результатом несовершенства фактической эмиссионной среды, что также приводит к расширению спектральные линии.^[5] Наиболее очевидный источник уширения линий - неоднородности магнитного поля;^[6] когда электрон переходит из одной области поля в другую, его частота излучения будет изменяться в зависимости от напряженности поля. Другие источники расширения включают столкновительное расширение.^[7] поскольку электрон неизменно не будет следовать по идеальной орбите, искажения излучения, вызванные взаимодействием с окружающей плазмой, и релятивистский эффекты, если заряженные частицы достаточно энергичны. Когда электроны движутся с релятивистскими скоростями, циклотронное излучение известно как синхротронное излучение.

Отдача, испытываемая частицей, испускающей циклотронное излучение, называется радиационная реакция. Радиационная реакция действует как сопротивление движению в циклотроне; и работа, необходимая для его преодоления, - это основная энергетическая стоимость ускорения частицы в циклотроне. Циклотроны являются яркими примерами систем, которые подвергаются радиационной реакции.

Примеры

В контексте энергия магнитного синтеза, потери циклотронного излучения выражаются в требование для минимальной плотности энергии плазмы по отношению к плотности энергии магнитного поля.

Циклотронное излучение, вероятно, будет производиться в ядерный взрыв на большой высоте. Гамма лучи произведенный взрывом ионизировать атомы в верхних слоях атмосферы, и эти свободные электроны будут взаимодействовать с магнитным полем Земли, создавая циклотронное излучение в форме электромагнитный импульс (ЭМИ). Это явление беспокоит военных, поскольку ЭМИ может повредить твердое состояние электронное оборудование.

Смотрите также

использованная литература

^ Монреаль, Бенджамин (январь 2016 г.). «Одноэлектронное циклотронное излучение». Физика сегодня. 69 (1): 70. Bibcode:2016ФТ .... 69а..70М. Дои:10.1063 / pt.3.3060.
^ Догиэль, В. А. (март 1992 г.). «Гамма-астрономия». Современная физика. 33 (2): 91–109. Bibcode:1992ConPh..33 ... 91D. Дои:10.1080/00107519208219534.
^ Железняков В. В. (январь 1997 г.). «Космическая плазма в экстремальных условиях». Радиофизика и квантовая электроника. 40 (1–2): 3–15. Bibcode:1997R & QE ... 40 .... 3Z. Дои:10.1007 / BF02677820. S2CID 121796067.
^ Лонгэр, Малкольм С. (1994). Астрофизика высоких энергий: Том 2, Звезды, Галактика и межзвездная среда. Издательство Кембриджского университета. п. 232. ISBN 9780521435840.
^ Хилдич, Р. В. (2001). Введение в близкие двойные звезды. Издательство Кембриджского университета. п. 327. ISBN 9780521798006.
^ Кэрнс, Р. А. (2012). Физика плазмы. Springer. п. SA7 – PA8. ISBN 9789401096553.
^ Хаякава, S; Hokkyō, N; Терашима, Y; Цунето, Т. (1958). Циклотронное излучение замагниченной плазмы. (PDF). 2-я Женевская конференция по использованию атомной энергии в мирных целях.

[1] Монреаль, Бенджамин (январь 2016 г.). «Одноэлектронное циклотронное излучение». Физика сегодня. 69 (1): 70. Bibcode:2016ФТ .... 69а..70М. Дои:10.1063 / pt.3.3060.

[2] Догиэль, В. А. (март 1992 г.). «Гамма-астрономия». Современная физика. 33 (2): 91–109. Bibcode:1992ConPh..33 ... 91D. Дои:10.1080/00107519208219534.

[3] Железняков В. В. (январь 1997 г.). «Космическая плазма в экстремальных условиях». Радиофизика и квантовая электроника. 40 (1–2): 3–15. Bibcode:1997R & QE ... 40 .... 3Z. Дои:10.1007 / BF02677820. S2CID 121796067.

[4] Лонгэр, Малкольм С. (1994). Астрофизика высоких энергий: Том 2, Звезды, Галактика и межзвездная среда. Издательство Кембриджского университета. п. 232. ISBN 9780521435840.

[5] Хилдич, Р. В. (2001). Введение в близкие двойные звезды. Издательство Кембриджского университета. п. 327. ISBN 9780521798006.

[6] Кэрнс, Р. А. (2012). Физика плазмы. Springer. п. SA7 – PA8. ISBN 9789401096553.

[7] Хаякава, S; Hokkyō, N; Терашима, Y; Цунето, Т. (1958). Циклотронное излучение замагниченной плазмы. (PDF). 2-я Женевская конференция по использованию атомной энергии в мирных целях.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]