Promieniowanie cyklotronowe
Promieniowanie cyklotron jest promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez cząstki naładowane w ruchu, gdy są one odchylane przez pola magnetyczne . Siła Lorentza wywierana na te cząstki prostopadle do linii pola magnetycznego i kierunek ruchu je przyspieszają, powodując emisję promieniowania.
Nazwa tego promieniowania pochodzi od cyklotronu , rodzaju akceleratora cząstek, który był używany od lat trzydziestych XX wieku do tworzenia wysokoenergetycznych cząstek do badań. Cyklotron wykorzystuje okrągłe orbity, po których następują naładowane cząstki w jednolitym polu magnetycznym. Ponadto okres orbity jest niezależny od energii cząstek, co umożliwia działanie cyklotronu z określoną dokładną częstotliwością , bez konieczności martwienia się o energię cząstek w danym momencie. Jednak promieniowanie cyklotronowe nie jest emitowane tylko w cyklotronach, ale we wszystkich sytuacjach, w których naładowane cząstki poruszają się w polu magnetycznym. Na przykład promieniowanie cyklotronowe emitowane przez plazmy w przestrzeni międzygwiazdowej , w pobliżu czarnych dziur oraz w innych zjawiskach astronomicznych jest ważnym źródłem informacji o odległych polach magnetycznych; W szczególności planeta Jowisz jest silnym źródłem promieniowania cyklotronowego.
Mocy (energii na jednostkę czasu) promieniowania emitowanego przez każdy elektron może być obliczona przy użyciu następującego wzoru:
,
gdzie E jest energia, t czas, σ Th całkowity przekrój Thomson , B natężenie pola magnetycznego, V składnik prędkości prostopadłe do pola magnetycznego C z prędkością światła, a μ 0 do przepuszczalności pusty . W kontekście fuzji magnetycznej , straty promieniowania cyklotronowego skutkują wymogiem gęstości energii plazmy w stosunku do gęstości energii pola magnetycznego (patrz artykuł poświęcony aneutronice termojądrowej ).
Jest prawdopodobne, że wybuch bomby atomowej na dużej wysokości może spowodować krótkie, intensywne promieniowanie cyklotronowe. Rzeczywiście, promienie gamma , powstałe podczas wybuchu spowodowałoby jonizacji z atomów w górnej warstwie atmosfery i elektrony w ten sposób uwolniony by wchodzić w interakcje z ziemskim polu magnetycznym , aby wygenerować promieniowanie cyklotron w postaci impulsu elektromagnetycznego (EMP lub EMP). Zjawisko to budzi niepokój wojska, ponieważ taki impuls może poważnie uszkodzić sprzęt elektroniczny.
Częstotliwość odpowiadająca głównemu pikowi widma promieniowania cyklotronowego jest identyczna z częstotliwością orbity cząstki. W widmie występują również harmoniczne, które są wynikiem niedoskonałości otoczenia punktu emisji, a które powodują poszerzenie linii widmowych . Najbardziej oczywistym źródłem tego rozszerzenia jest obecność nierówności w polu magnetycznym: kiedy elektron przechodzi z jednego obszaru pola do drugiego, jego częstotliwość emisji zmienia się w zależności od natężenia pola. Istnieją również inne źródła poszerzenia linii, takie jak niedoskonałość orbity elektronu, zniekształcenia wywołane interakcjami z otaczającą plazmą, a także efekty relatywistyczne, jeśli energia naładowanych cząstek jest wystarczająco wysoka. Kiedy elektrony poruszają się z relatywistycznymi prędkościami, promieniowanie cyklotronowe nazywane jest promieniowaniem synchrotronowym .
Ruch odrzutu, którego doświadcza cząstka podczas emitowania promieniowania cyklotronowego, nazywany jest reakcją promieniowania . W cyklotronie reagująca siła promieniowania działa jak opór ruchu, a praca wymagana do przezwyciężenia tego jest głównym kosztem energii przyspieszenia cząstki. Cyklotrony są głównymi przykładami układów, w których występuje taka siła reakcji.
Uwagi i odniesienia
- (fr) Ten artykuł jest częściowo lub w całości zaczerpnięty z artykułu Wikipedii w języku angielskim zatytułowanego „ Promieniowanie cyklotronowe ” ( zobacz listę autorów ) .