Синхротронное излучение

Синхротронное 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 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 Y~ 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 n) распределение излучаемой мощности определяется выражением:

где , а ?- цилиндрическая функция 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.
Большой интерес представляет С. и. космических объектов, в частности нетепловой радиофон Галактики, нетепловое радио- и оптическое излучение дискретных источников (сверхновых звёзд, пульсаров, квазаров, радиогалактик). Синхротронная природа этих излучений подтверждается особенностями их спектра и поляризации. Согласно современных представлениям, релятивистские электроны, входящие в состав космических лучей, 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.