Синхротрондук нурлануунун спектри анчалык чоң эмес. Башкача айтканда, бир нече түргө бөлүүгө болот. Эгерде бөлүкчө релятивисттик эмес болсо, анда мындай нурлануу циклотрондук эмиссия деп аталат. Эгерде, экинчи жагынан, бөлүкчөлөр релятивисттик мүнөзгө ээ болсо, анда алардын өз ара аракеттенүүсүнүн натыйжасында пайда болгон нурлануулар кээде ультрарелятивисттик деп аталат. Синхрондук нурланууга жасалма жол менен (синхротрондордо же сактоо шакекчелеринде) же табигый түрдө магниттик талаалар аркылуу ылдам кыймылдаган электрондордун эсебинен жетишүүгө болот. Ошентип өндүрүлгөн нурлануунун мүнөздүү поляризациясы бар жана пайда болгон жыштыктар бүтүндөй электромагниттик спектрде өзгөрүшү мүмкүн, аны континуум нурлануусу деп да аташат.
Ачылуу
Бул кубулуш 1946-жылы курулган General Electric синхротрон генераторунун атынан аталган. Анын бар экенин 1947-жылы май айында окумуштуулар Фрэнк Элдер, Анатолий Гуревич, Роберт Лангмюр жана Херб жарыялашкан. Поллок «Синхротрондогу электрондордун нурлануусу» деген катында. Бирок бул теориялык гана ачылыш болду, бул кубулуштун биринчи чыныгы байкоосу тууралуу төмөндө окуйсуз.
Булактар
Жогорку энергиялуу бөлүкчөлөр ылдамдаганда, анын ичинде электрондор магнит талаасы аркылуу ийри жол менен кыймылга келгенде, синхротрондук нурлануу пайда болот. Бул радио антеннага окшош, бирок теориялык жактан релятивисттик ылдамдык Лоренц γ коэффициенти боюнча Доплер эффектинин эсебинен байкалган жыштыкты өзгөртөт. Релятивисттик узундуктун кыскарышы андан кийин башка фактор γ байкаган жыштыкка тийип, ошону менен рентген диапазонундагы электрондорду тездетүүчү резонанстык көңдөйдүн жыштыгын ГГц көбөйтөт. Нурлануу күчү релятивисттик Лармор формуласы менен, ал эми нурлануучу электронго тийүүчү күч Абрахам-Лоренц-Дирак күчү менен аныкталат.
Башка функциялар
Радиациянын үлгүсү изотроптук диполь үлгүсүнөн нурлануунун жогорку багытталган конусуна бурмаланышы мүмкүн. Электрондук синхротрондук нурлануу – рентген нурларынын эң жаркыраган жасалма булагы.
Тегиздик ылдамдануунун геометриясы радиацияны орбитанын тегиздигинде караганда сызыктуу поляризацияланган жана ал тегиздикке бир аз бурч менен караганда тегерек поляризациялангандай көрүнөт. Бирок амплитуда жана жыштык полярдык эклиптикада топтолгон.
Синхротрондук нурлануунун булагы ошондой эле электромагниттик нурлануунун (ЭМ) булагы болуп саналат, алилимий-техникалык максаттар үчүн арналган сактоо шакекчеси. Бул нурланууну сактоо шакекчелери гана эмес, ошондой эле башка адистештирилген бөлүкчөлөрдүн тездеткичтери, адатта электрондорду ылдамдатышат. Жогорку энергиялуу электрон шооласы пайда болгондон кийин, ал ийилүүчү магниттер жана киргизүү приборлору (толкундоолор же виглерлер) сыяктуу көмөкчү компоненттерге багытталат. Алар жогорку энергиялуу электрондорду фотонго айландыруу үчүн зарыл болгон күчтүү магниттик талааларды, перпендикулярдык нурларды берет.
Синхротрондук нурланууну колдонуу
Синхротрондук жарыктын негизги колдонулушу конденсацияланган зат физикасы, материал таануу, биология жана медицина. Синхротрондук жарыкты колдонуу менен жасалган эксперименттердин көбү электрондук түзүлүштүн суб-нанометрдик деңгээлинен микрометр жана миллиметр деңгээлине чейинки материянын түзүлүшүн изилдөөгө байланыштуу, бул медициналык сүрөттөө үчүн маанилүү. LIGA процессин колдонуу менен микроструктураларды өндүрүү практикалык өнөр жайлык колдонуунун мисалы болуп саналат.
Синхротрондук нурлануу астрономиялык объекттер тарабынан да пайда болот, адатта релятивисттик электрондор магнит талаасы аркылуу спираль (ошондуктан ылдамдыкты өзгөртөт).
Тарых
Бул радиация биринчи жолу 1956-жылы Messier 87 тарабынан атылган ракетада Джеффри Р. Бербидж тарабынан ачылган, ал аны 1953-жылы Иосиф Шкловскийдин алдын ала айтканынын ырастоосу катары көргөн, бирок аны Ханнес Альфвен менен Николай Херлофсон 1953-жылы алдын ала айткан. 1950. Күн жарыгы бөлүкчөлөрдү тездетет1948-жылы Р. Джованолли сунуш кылган жана 1952-жылы Пиддингтон тарабынан сын көз менен сүрөттөлгөн ушундай жол менен чыгарышат.
Космос
Супермассивдүү кара тешиктер магнит талаасынын суперкорддуу "түтүкчөлүү" полярдуу аймактары аркылуу гравитациялык ылдамдаткыч иондордон пайда болгон реактивдүү учактарды түртүп, синхротрондук нурланууну жаратышы сунушталат. Мындай реактивдүү учактар, алардын эң жакыны Messier 87, Хаббл телескобу тарабынан биздин планетардык алкактан 6 × с (жарыктын ылдамдыгы алты эсе) жыштыгы менен кыймылдаган суперлюминалдык сигналдар катары аныкталган. Бул кубулуш реактивдүү учактардын жарыктын ылдамдыгына абдан жакын жана байкоочуга өтө кичине бурчта учуп келиши менен шартталган. Жогорку ылдамдыктагы реактивдүү учактар өз жолунда ар бир чекитте жарык чыгаргандыктан, алар чыгарган жарык байкоочуга реактивдин өзүнө караганда тезирээк жакындабайт. Ошентип, жүздөгөн жылдык саякатта чыккан жарык байкоочуга бир топ кыска убакыт аралыгында (он же жыйырма жыл) жетет. Бул кубулушта атайын салыштырмалуулук теориясынын бузулушу жок.
Жакында жарыктыгы ≧25 ГэВ чейин тумандуулуктан гамма-нурлануунун импульсивдүү эмиссиясы аныкталды, бул, кыязы, пулсардын айланасындагы күчтүү магнит талаасында кармалып калган электрондордун синхротрондук эмиссиясынан улам. Синхротрондун эмиссиясы маанилүү болгон астрономиялык булактардын классы - бул пульсарлык шамал тумандуулуктары же плериондор, алардын ичинен Краб тумандуулугу жана аны менен байланышкан пульсар архетиптик болуп саналат. Краб тумандуулугунун 0,1 жана 1,0 МэВ ортосундагы энергиядагы поляризациясы типтүү синхротрондук нурлануу болуп саналат.
Эсептөө жана коллайдерлер жөнүндө кыскача
Бул темадагы теңдемелерде тездик талаасы деп аталган бөлүкчөлөрдү символдоштурган атайын терминдер же баалуулуктар көп жазылат. Бул терминдер бөлүкчөнүн кыймылынын нөлдүк же туруктуу ылдамдык компонентинин функциясы болгон статикалык талаанын таасирин билдирет. Тескерисинче, экинчи мүчө булактан алыстыктын биринчи даражасынын карама-каршылыгы катары түшөт, ал эми кээ бир мүчөлөр заряддын ылдамданышына байланыштуу талаанын компоненттери болгондуктан, ылдамдануу талаасы же нурлануу талаасы деп аталат (ылдамдыкты өзгөртүү).
Ошентип, нурлануучу күч төртүнчү даражанын энергиясы катары масштабдалат. Бул нурлануу электрон-позитрондук тегерек коллайдердин энергиясын чектейт. Адатта, протон коллайдерлери анын ордуна максималдуу магнит талаасы менен чектелет. Ошондуктан, мисалы, Чоң Адрон Коллайдери протондун массасы электрондукунан 2000 эсе көп болсо дагы, башка бөлүкчөлөрдүн тездеткичтеринен 70 эсе жогору масса энергия борборуна ээ.
Терминология
Илимдин ар кандай тармактарында терминдерди аныктоонун ар кандай жолдору бар. Тилекке каршы, рентген нурлары тармагында бир нече терминдер "радиация" дегенди билдирет. Кээ бир авторлор "жарыктык" терминин колдонушат, ал бир кезде фотометрикалык жарыктыкка карата колдонулган же туура эмес колдонулган.радиометрикалык нурлануунун белгилер. Интенсивдүүлүк аймак бирдигине кубаттуулуктун тыгыздыгын билдирет, ал эми рентген булактары үчүн ал адатта жаркырагандыкты билдирет.
Болуу механизми
Синхротрондук нурлануу тездеткичтерде күтүлбөгөн ката катары, бөлүкчөлөр физикасынын контекстинде энергиянын керексиз жоготууларына алып келиши мүмкүн, же көптөгөн лабораториялык колдонмолор үчүн атайын иштелип чыккан нурлануу булагы катары пайда болушу мүмкүн. Адатта гигаэлектронвольт диапазонундагы акыркы энергияга жетүү үчүн электрондор бир нече кадам менен жогорку ылдамдыкка чейин тездетилет. Электрондор күчтүү магнит талаасы аркылуу жабык жолдо кыймылга аргасыз болушат. Бул радио антеннага окшош, бирок айырмасы менен релятивисттик ылдамдык Доплер эффектинин натыйжасында байкалган жыштыкты өзгөртөт. Релятивисттик Лоренц жыйрылышы гигагерц жыштыгына таасир этет, ошону менен аны рентгендик диапазонго электрондорду тездетүүчү резонанстык көңдөйдө көбөйтөт. Салыштырмалуулуктун дагы бир укмуштуудай таасири - бул радиациялык схема релятивисттик эмес теориядан күтүлгөн изотроптук диполь үлгүсүнөн өтө багытталган нурлануу конусуна чейин бурмаланган. Бул синхротрондук нурлануунун дифракциясын рентген нурларын түзүүнүн эң жакшы жолу кылат. Тегиз ылдамдануу геометриясы радиацияны орбитанын тегиздигинде кароодо сызыктуу поляризацияга ээ кылат жана бул тегиздикке бир аз бурч менен караганда тегерек поляризацияны жаратат.
Ар кандай колдонуу
Колдонуунун артыкчылыктарыспектроскопия жана дифракция үчүн синхротрондук нурлануу 1960-1970-жылдардан бери өсүп келе жаткан илимий коомчулук тарабынан ишке ашырылып келет. Башында бөлүкчөлөр физикасы үчүн ылдамдаткычтар түзүлгөн. «Паразиттик режим» синхротрондук нурланууну колдонгон, мында ийилүүчү магниттик нурланууну нурлардын түтүкчөлөрүндө кошумча тешиктерди бургулоо аркылуу алуу керек болчу. Синхротрондук жарык булагы катары киргизилген биринчи сактоочу шакек 1968-жылы биринчи жолу ишке киргизилген Tantalus болгон. Ылдамдаткыч нурлануунун интенсивдүүлүгү жана анын колдонулуштары келечектүү болуп калгандыктан, анын интенсивдүүлүгүн жогорулаткан түзүлүштөр учурдагы шакекчелерге орнотулган. Синхротрондук нурлануунун дифракциялык методу эң башынан эле жогорку сапаттагы рентген нурларын алуу үчүн иштелип чыккан жана оптималдаштырылган. Төртүнчү муундун булактары каралып жатат, алар өтө сонун, импульстуу, убакытты талап кылган структуралык рентген нурларын түзүү үчүн ар кандай концепцияларды камтыйт.
Биринчи түзмөк
Алгач бул нурланууну пайда кылуу үчүн ылдамдаткычтардагы ийилүүчү электромагниттер колдонулган, бирок кээде күчтүү жарык эффектин түзүү үчүн башка атайын түзүлүштөр, киргизүүчү түзүлүштөр колдонулган. Синхротрондук нурлануунун дифракциясынын методдору (үчүнчү муун) адатта сактоо шакекчесинин түз бөлүктөрүндө мезгилдүүэлектрондордун синусоидалдык же спиралдык жолдо кыймылын шарттаган магниттик структуралар (өзгөрмө N жана S уюлдар түрүндөгү көптөгөн магниттерди камтыган). Ошентип, бир ийилүүнүн ордуна так эсептелген позициялардагы көптөгөн ондогон же жүздөгөн "айлануулар" нурдун жалпы интенсивдүүлүгүн кошот же көбөйтөт. Бул приборлор виглерлер же толкундар деп аталат. Толкундургуч менен виггердин негизги айырмасы алардын магнит талаасынын интенсивдүүлүгү жана электрондордун түз жолунан четтөө амплитудасы. Бул түзмөктөрдүн жана механизмдердин баары азыр Синхротрондук нурлануу борборунда (АКШ) сакталат.
Чыгып алуу
Аккумулятордун тешиктери бар, алар бөлүкчөлөрдүн радиациялык фондон чыгып, нурдун сызыгын ээрчип экспериментатордун вакуумдук камерасына алып барышат. Мындай нурлардын көп саны заманбап үчүнчү муундагы синхротрон нурлануу түзүлүштөрүнөн келип чыгышы мүмкүн.
Электрондорду иш жүзүндөгү тездеткичтен бөлүп алууга жана көмөкчү ультра жогорку вакуумдук магниттик сактагычка сактоого болот, ал жерден алар көп жолу алынышы мүмкүн (жана аларды кайра чыгарууга болот). Ал эми шакекчедеги магниттер нурду кайра-кайра "кулондук күчтөргө" (же жөнөкөйрөөк айтканда, мейкиндик заряддарына) кайра кысып турушу керек. Багытын өзгөртүү ылдамдануунун бир түрү, анткени электрондор бөлүкчөлөрдүн тездеткичинде жогорку энергияларда жана жогорку ылдамдануу ылдамдыктарында нурланууну чыгарышат. Эреже катары, синхротрондук нурлануунун жарыктыгы да ошол эле ылдамдыкка көз каранды.
