Sinxrotron şüalanmasının spektri o qədər də böyük deyil. Yəni onu yalnız bir neçə növə bölmək olar. Əgər hissəcik qeyri-relativistikdirsə, onda belə şüalanma siklotron emissiyası adlanır. Digər tərəfdən, hissəciklər təbiətcə relativistikdirsə, onda onların qarşılıqlı təsirindən yaranan şüalanmalar bəzən ultrarelyativistik adlanır. Sinxron şüalanma ya süni şəkildə (sinxrotronlarda və ya saxlama halqalarında) və ya təbii olaraq maqnit sahələrində sürətlə hərəkət edən elektronlar hesabına əldə edilə bilər. Beləliklə, istehsal olunan şüalanma xarakterik qütbləşməyə malikdir və yaranan tezliklər bütün elektromaqnit spektri boyunca dəyişə bilər, buna davamlı şüalanma da deyilir.
Açılış
Bu fenomen 1946-cı ildə qurulmuş General Electric sinxrotron generatorunun adını daşıyır. Onun mövcudluğu 1947-ci ilin may ayında elm adamları Frank Elder, Anatoli Qureviç, Robert Langmuir və Herb tərəfindən elan edildi. Pollok "Sinxrotronda elektronlardan şüalanma" adlı məktubunda. Lakin bu, yalnız nəzəri kəşf idi, siz bu fenomenin ilk real müşahidəsi haqqında aşağıda oxuyacaqsınız.
Mənbələr
Yüksək enerjili hissəciklər, o cümlədən maqnit sahəsi tərəfindən əyri yol boyunca hərəkət etməyə məcbur edilən elektronlar sürətlənmə halında olduqda, sinxrotron şüalanması yaranır. Bu, radio antennasına bənzəyir, lakin fərqlə, nəzəri cəhətdən relativistik sürət Lorentz əmsalı γ ilə Doppler effekti səbəbindən müşahidə olunan tezliyi dəyişəcəkdir. Relyativistik uzunluğun qısaldılması daha sonra başqa amil γ tərəfindən müşahidə edilən tezliyə çatır və bununla da rentgen diapazonunda elektronları sürətləndirən rezonans boşluğunun GHz tezliyini artırır. Şüalanma gücü relativistik Larmor düsturu ilə, şüalanan elektron üzərindəki qüvvə isə Abraham-Lorentz-Dirak qüvvəsi ilə müəyyən edilir.
Digər funksiyalar
Şüalanma nümunəsi izotropik dipol modelindən yüksək istiqamətlənmiş şüalanma konusuna çevrilə bilər. Elektron sinxrotron şüalanması rentgen şüalarının ən parlaq süni mənbəyidir.
Müstəvi sürətlənmənin həndəsəsi, orbit müstəvisində baxdıqda şüalanmanı xətti qütbləşməyə, həmin müstəviyə bir az bucaq altında baxdıqda isə dairəvi qütbləşməyə bənzəyir. Bununla belə, amplituda və tezlik qütb ekliptikasında mərkəzləşmişdir.
Sinxrotron şüalanma mənbəyi həm də elektromaqnit şüalanma (EM) mənbəyidir.elmi və texniki məqsədlər üçün nəzərdə tutulmuş saxlama halqası. Bu şüalanma təkcə saxlama halqaları tərəfindən deyil, həm də digər xüsusi hissəcik sürətləndiriciləri, adətən sürətləndirici elektronlar tərəfindən istehsal olunur. Yüksək enerjili elektron şüası yarandıqdan sonra o, əyilmə maqnitləri və daxiletmə qurğuları (dalğalar və ya sürüşdürənlər) kimi köməkçi komponentlərə yönəldilir. Onlar yüksək enerjili elektronları fotonlara çevirmək üçün zəruri olan güclü maqnit sahələri, perpendikulyar şüalar təmin edir.
Sinxrotron şüalanmasının istifadəsi
Sinxrotron işığının əsas tətbiqləri qatılaşdırılmış maddə fizikası, materialşünaslıq, biologiya və tibbdir. Sinxrotron işığından istifadə edilən təcrübələrin əksəriyyəti elektron strukturun sub-nanometr səviyyəsindən mikrometr və millimetr səviyyəsinə qədər maddənin strukturunun öyrənilməsi ilə əlaqədardır ki, bu da tibbi təsvirlər üçün vacibdir. Praktik sənaye tətbiqinə nümunə LIGA prosesindən istifadə edərək mikro strukturların istehsalıdır.
Sinxrotron şüalanması həmçinin astronomik obyektlər tərəfindən yaradılır, adətən burada relativistik elektronlar maqnit sahələrində spiral (və buna görə də sürəti dəyişir) olur.
Tarix
Bu radiasiya ilk dəfə 1956-cı ildə Messier 87 tərəfindən atılan raketdə onu 1953-cü ildə İosif Şklovskinin proqnozunun təsdiqi kimi görən Geoffrey R. Burbidge tərəfindən kəşf edilib, lakin bunu əvvəllər Hannes Alfven və Nikolay Herlofson 1956-cı ildə proqnozlaşdırıb. 1950. Günəş alovları hissəcikləri sürətləndirir1948-ci ildə R. Giovanolli tərəfindən təklif edilən və 1952-ci ildə Piddinqton tərəfindən tənqidi şəkildə təsvir edildiyi kimi bu şəkildə yayılır.
Space
Superkütləvi qara dəliklərin qravitasiya sürətləndirici ionların yaratdığı reaktivləri maqnit sahələrinin superkordlu "boruvari" qütb bölgələri vasitəsilə itələyərək sinxrotron şüalanması yaratmaq təklif edilir. Messier 87-də ən yaxın olan bu cür reaktivlər Hubble teleskopu tərəfindən planetar çərçivəmizdən 6 × s (işığın sürətindən altı dəfə) tezliyi ilə hərəkət edən superluminal siqnallar kimi müəyyən edildi. Bu fenomen, reaktivlərin işıq sürətinə çox yaxın və müşahidəçiyə çox kiçik bir açı ilə getməsi ilə əlaqədardır. Yüksək sürətli reaktiv təyyarələr yol boyu hər nöqtədə işıq yaydıqları üçün onların buraxdığı işıq müşahidəçiyə reaktivin özündən çox da tez yaxınlaşmır. Yüzlərlə il səyahət zamanı yayılan işıq beləliklə, müşahidəçiyə daha qısa bir müddət ərzində (on və ya iyirmi il) çatır. Bu fenomendə xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin pozulması yoxdur.
Bu yaxınlarda parlaqlığı ≧25 GeV-ə qədər olan dumanlıqdan impulsiv qamma radiasiya emissiyası aşkar edilmişdir, bu, ehtimal ki, pulsar ətrafında güclü maqnit sahəsində sıxılmış elektronların sinxrotron emissiyası ilə əlaqədardır. Sinxrotron emissiyasının vacib olduğu astronomik mənbələr sinfi pulsar külək dumanlıqları və ya plerionlardır ki, bunlardan Yengeç dumanlığı və onunla əlaqəli pulsar arxetipikdir. Crab Dumanlığında 0,1 və 1,0 MeV arasında olan enerjilərdə qütbləşmə tipik sinxrotron şüalanmasıdır.
Hesablama və toqquşdurucular haqqında qısa məlumat
Bu mövzuda tənliklərdə tez-tez sürət sahəsi adlanan hissəcikləri simvolizə edən xüsusi terminlər və ya dəyərlər yazılır. Bu terminlər hissəciyin hərəkətinin sıfır və ya sabit sürət komponentinin funksiyası olan statik sahəsinin təsirini təmsil edir. Əksinə, ikinci hədd mənbədən olan məsafənin birinci gücünün əksi kimi düşür və bəzi terminlər yükün sürətlənməsinə görə sahənin komponentləri olduğuna görə sürətlənmə sahəsi və ya radiasiya sahəsi adlanır (sürət dəyişikliyi).
Beləliklə, şüalanan güc dördüncü gücün enerjisi kimi ölçülür. Bu şüalanma elektron-pozitron dairəvi toqquşdurucunun enerjisini məhdudlaşdırır. Tipik olaraq, proton toqquşdurucuları bunun əvəzinə maksimum maqnit sahəsi ilə məhdudlaşır. Buna görə də, məsələn, Böyük Adron Toqquşdurucusu, protonun kütləsi elektrondan 2000 dəfə çox olsa belə, hər hansı digər hissəcik sürətləndiricisindən 70 dəfə yüksək kütlə enerjisi mərkəzinə malikdir.
Terminologiya
Müxtəlif elm sahələrində çox vaxt terminləri müəyyən etmək üçün müxtəlif üsullar olur. Təəssüf ki, rentgen şüaları sahəsində bir neçə termin "radiasiya" ilə eyni şeyi ifadə edir. Bəzi müəlliflər bir vaxtlar fotometrik parlaqlığa istinad etmək üçün istifadə edilən və ya səhv olaraq istifadə edilən "parlaqlıq" terminindən istifadə edirlər.radiometrik şüalanmanın təyinatları. İntensivlik vahid sahəyə düşən güc sıxlığı deməkdir, lakin rentgen mənbələri üçün adətən parlaqlıq deməkdir.
Baş vermə mexanizmi
Sinxrotron şüalanması sürətləndiricilərdə ya gözlənilməz xəta kimi, hissəciklər fizikası kontekstində arzuolunmaz enerji itkilərinə səbəb ola bilər, ya da çoxsaylı laboratoriya tətbiqləri üçün qəsdən hazırlanmış şüalanma mənbəyi kimi baş verə bilər. Elektronlar adətən gigaelektronvolt diapazonunda olan son enerjiyə çatmaq üçün bir neçə addımda yüksək sürətlə sürətləndirilir. Güclü maqnit sahələrinin təsiri ilə elektronlar qapalı yolda hərəkət etməyə məcbur olurlar. O, radio antenasına bənzəyir, lakin fərqi ilə relativistik sürət Doppler effekti səbəbindən müşahidə olunan tezliyi dəyişir. Relyativistik Lorentz daralması gigahertz tezliyinə təsir edir və bununla da elektronları rentgen diapazonuna sürətləndirən rezonans boşluğunda çoxalır. Nisbiliyin başqa bir dramatik təsiri radiasiya modelinin qeyri-relativistik nəzəriyyədən gözlənilən izotropik dipol modelindən son dərəcə istiqamətlənmiş şüalanma konusuna qədər təhrif edilməsidir. Bu, sinxrotron radiasiya difraksiyasını rentgen şüaları yaratmaq üçün ən yaxşı üsul edir. Düz sürətlənmə həndəsəsi orbit müstəvisində baxıldıqda şüalanmanı xətti qütblü edir və bu müstəviyə cüzi bucaq altında baxdıqda dairəvi qütbləşmə yaradır.
Müxtəlif istifadə
İstifadə etməyin faydalarıspektroskopiya və difraksiya üçün sinxrotron şüalanması 1960-1970-ci illərdən bəri getdikcə artan elmi ictimaiyyət tərəfindən həyata keçirilir. Başlanğıcda hissəciklər fizikası üçün sürətləndiricilər yaradılmışdır. "Parazit rejim" sinxrotron şüalanmasından istifadə edirdi, burada əyilmə maqnit şüalanması şüa borularında əlavə deşiklər açmaqla çıxarılmalı idi. Sinxrotron işıq mənbəyi kimi təqdim edilən ilk saxlama halqası ilk dəfə 1968-ci ildə buraxılan Tantalus idi. Sürətləndirici radiasiya daha intensivləşdikcə və onun tətbiqi daha perspektivli olduqca, onun intensivliyini artıran qurğular mövcud halqalara quruldu. Sinxrotron şüalanma difraksiya metodu yüksək keyfiyyətli rentgen şüaları əldə etmək üçün əvvəldən işlənib hazırlanmış və optimallaşdırılmışdır. Dördüncü nəsil mənbələr nəzərdən keçirilir ki, bunlara son dərəcə tələbkar və bəlkə də hələ yaradılmamış təcrübələr üçün ultra parlaq, impulslu, vaxtı təyin edilmiş struktur rentgen şüaları yaratmaq üçün müxtəlif konsepsiyalar daxil olacaq.
İlk cihazlar
Əvvəlcə bu şüalanma yaratmaq üçün sürətləndiricilərdə əyilmə elektromaqnitlərindən istifadə edilirdi, lakin bəzən daha güclü işıq effekti yaratmaq üçün digər xüsusi cihazlardan, daxiletmə qurğularından istifadə edilirdi. Sinxrotron radiasiya difraksiyasının üsulları (üçüncü nəsil) adətən saxlama halqasının düz hissələrinin dövri elementlərdən ibarət olduğu mənbə qurğularından asılıdır.elektronların sinusoidal və ya spiral yolda hərəkət etməsinə səbəb olan maqnit strukturları (dəyişən N və S qütbləri şəklində çoxlu maqnit ehtiva edir). Beləliklə, tək bir döngə əvəzinə, dəqiq hesablanmış mövqelərdə çoxlu və ya yüzlərlə "qıvrılma" şüanın ümumi intensivliyini əlavə edir və ya artırır. Bu cihazlar viqqlerlər və ya dalğalandırıcılar adlanır. Dalğalı ilə viggler arasındakı əsas fərq onların maqnit sahəsinin intensivliyi və elektronların birbaşa yolundan sapma amplitudasıdır. Bütün bu cihazlar və mexanizmlər indi Sinxrotron Radiasiya Mərkəzində (ABŞ) saxlanılır.
Çıxarma
Akkumulyatorda hissəciklərin radiasiya fonunu tərk etməsinə və eksperimentatorun vakuum kamerasına gedən şüa xəttini izləməyə imkan verən dəliklər var. Çoxlu sayda belə şüalar müasir üçüncü nəsil sinxrotron şüalanma cihazlarından gələ bilər.
Elektronlar faktiki sürətləndiricidən çıxarıla və köməkçi ultra yüksək vakuumlu maqnit anbarında saxlanıla bilər, oradan çoxlu sayda çıxarıla (və çoxalda biləcəyi yerlər). Halqadakı maqnitlər həmçinin elektron dəstələrini məhv etməyə meylli olan "Kulon qüvvələri"nə (daha sadə desək, kosmik yüklərə) qarşı şüanı dəfələrlə sıxışdırmalıdırlar. İstiqamətin dəyişdirilməsi sürətlənmənin bir formasıdır, çünki elektronlar hissəcik sürətləndiricisində yüksək enerjilərdə və yüksək sürətlənmə sürətində şüalar yayırlar. Bir qayda olaraq, sinxrotron şüalanmasının parlaqlığı da eyni sürətdən asılıdır.
