Spektri i rrezatimit sinkrotron nuk është aq i madh. Kjo do të thotë, mund të ndahet vetëm në disa lloje. Nëse grimca është jo-relativiste, atëherë një rrezatim i tillë quhet emetim ciklotron. Nëse, nga ana tjetër, grimcat janë në natyrë relativiste, atëherë rrezatimet që rezultojnë nga ndërveprimi i tyre quhen ndonjëherë ultrarelativiste. Rrezatimi sinkron mund të arrihet ose artificialisht (në sinkrotrone ose unaza ruajtëse) ose natyrshëm për shkak të elektroneve të shpejtë që lëvizin nëpër fusha magnetike. Rrezatimi i prodhuar në këtë mënyrë ka një polarizim karakteristik dhe frekuencat e gjeneruara mund të ndryshojnë në të gjithë spektrin elektromagnetik, i quajtur gjithashtu rrezatim i vazhdueshëm.
Hapja
Ky fenomen u emërua pas një gjeneratori sinkrotronesh General Electric të ndërtuar në vitin 1946. Ekzistenca e tij u njoftua në maj 1947 nga shkencëtarët Frank Elder, Anatoli Gurevich, Robert Langmuir dhe Herb. Pollock në letrën e tij "Rrezatimi nga elektronet në sinkrotron". Por ky ishte vetëm një zbulim teorik, do të lexoni më poshtë për vëzhgimin e parë real të këtij fenomeni.
Burimet
Kur grimcat me energji të lartë janë në përshpejtim, duke përfshirë elektronet e detyruara të lëvizin përgjatë një rruge të lakuar nga një fushë magnetike, prodhohet rrezatimi sinkrotron. Kjo është e ngjashme me një antenë radio, por me ndryshimin që teorikisht shpejtësia relativiste do të ndryshojë frekuencën e vëzhguar për shkak të efektit Doppler nga koeficienti γ Lorentz. Shkurtimi i gjatësisë relativiste më pas godet frekuencën e vëzhguar nga një faktor tjetër γ, duke rritur kështu frekuencën GHz të zgavrës rezonante që përshpejton elektronet në diapazonin e rrezeve X. Fuqia e rrezatuar përcaktohet nga formula relativiste Larmor dhe forca në elektronin e rrezatuar përcaktohet nga forca Abraham-Lorentz-Dirac.
Karakteristika të tjera
Modeli i rrezatimit mund të shtrembërohet nga një model dipoli izotropik në një kon rrezatimi shumë të drejtuar. Rrezatimi sinkrotron i elektroneve është burimi artificial më i ndritshëm i rrezeve X.
Gjeometria e nxitimit planar duket se e bën rrezatimin të polarizuar në mënyrë lineare kur shikohet në rrafshin e orbitës dhe në mënyrë rrethore kur shihet në një kënd të vogël me atë plan. Amplituda dhe frekuenca, megjithatë, janë të përqendruara në ekliptikën polare.
Burimi i rrezatimit sinkrotron është gjithashtu një burim i rrezatimit elektromagnetik (EM), i cili ështënjë unazë ruajtëse e krijuar për qëllime shkencore dhe teknike. Ky rrezatim prodhohet jo vetëm nga unazat e ruajtjes, por edhe nga përshpejtuesit e tjerë të specializuar të grimcave, zakonisht elektrone përshpejtues. Pasi të krijohet një tufë elektronike me energji të lartë, ajo drejtohet te komponentët ndihmës si magnetët e përkuljes dhe pajisjet e futjes (undulatorë ose lëvizës). Ato ofrojnë fusha të forta magnetike, rreze pingule, të cilat janë të nevojshme për të kthyer elektronet me energji të lartë në fotone.
Përdorimi i rrezatimit sinkrotron
Zbatimet kryesore të dritës sinkrotronike janë fizika e lëndës së kondensuar, shkenca e materialeve, biologjia dhe mjekësia. Shumica e eksperimenteve që përdorin dritën sinkrotron janë të lidhura me studimin e strukturës së materies nga niveli nën-nanometër i strukturës elektronike deri në nivelin e mikrometrit dhe milimetrit, gjë që është e rëndësishme për imazhet mjekësore. Një shembull i një aplikimi praktik industrial është prodhimi i mikrostrukturave duke përdorur procesin LIGA.
Rrezatimi sinkrotron gjenerohet gjithashtu nga objekte astronomike, zakonisht aty ku elektronet relativiste rrotullohen (dhe për rrjedhojë ndryshojnë shpejtësinë) përmes fushave magnetike.
Histori
Ky rrezatim u zbulua për herë të parë në një raketë të lëshuar nga Messier 87 në 1956 nga Geoffrey R. Burbidge, i cili e pa atë si një konfirmim të parashikimit të Iosif Shklovsky në 1953, por ai u parashikua më herët nga Hannes Alfven dhe Nikolai Herlofson në 1950. Flakët diellore përshpejtojnë grimcattë cilat emetojnë në këtë mënyrë, siç u propozua nga R. Giovanolli në 1948 dhe u përshkruan në mënyrë kritike nga Piddington në 1952.
Hapësirë
Vrimat e zeza supermasive janë propozuar për të krijuar rrezatim sinkrotron duke shtyrë avionët e krijuar nga jonet që përshpejtojnë gravitacionalisht përmes zonave polare "tubulare" të superkorduara të fushave magnetike. Avionë të tillë, më i afërti prej tyre në Messier 87, u identifikuan nga teleskopi Hubble si sinjale superluminale që lëviznin me një frekuencë prej 6 × s (gjashtë herë shpejtësia e dritës) nga korniza jonë planetare. Ky fenomen shkaktohet nga avionët që udhëtojnë shumë afër shpejtësisë së dritës dhe në një kënd shumë të vogël me vëzhguesin. Për shkak se avionët me shpejtësi të lartë lëshojnë dritë në çdo pikë përgjatë rrugës së tyre, drita që ata lëshojnë nuk i afrohet vëzhguesit shumë më shpejt se vetë avioni. Drita e emetuar gjatë qindra viteve të udhëtimit arrin kështu te vëzhguesi për një periudhë shumë më të shkurtër kohore (dhjetë ose njëzet vjet). Nuk ka shkelje të teorisë speciale të relativitetit në këtë fenomen.
Një emetim impulsiv i rrezatimit gama nga një mjegullnajë me një shkëlqim deri në ≧25 GeV është zbuluar kohët e fundit, ndoshta për shkak të emetimit të sinkrotronit nga elektronet e bllokuara në një fushë të fortë magnetike rreth pulsarit. Një klasë e burimeve astronomike ku emetimi i sinkrotronit është i rëndësishëm janë mjegullnajat e erës pulsare ose plerionet, nga të cilat Mjegullnaja e Gaforres dhe pulsari i lidhur me të janë arketipale. Polarizimi në Mjegullnajën e Gaforres me energji midis 0,1 dhe 1,0 MeV është rrezatim tipik sinkrotron.
Shkurtimisht rreth llogaritjes dhe përplasjeve
Në ekuacionet për këtë temë, shpesh shkruhen terma ose vlera të veçanta, që simbolizojnë grimcat që përbëjnë të ashtuquajturën fushë të shpejtësisë. Këta terma përfaqësojnë efektin e fushës statike të grimcës, e cila është një funksion i komponentit të shpejtësisë zero ose konstante të lëvizjes së saj. Përkundrazi, termi i dytë bie si reciproke e fuqisë së parë të distancës nga burimi, dhe disa terma quhen fushë e nxitimit ose fushë e rrezatimit sepse janë përbërës të fushës për shkak të nxitimit të ngarkesës (ndryshim në shpejtësi).
Kështu, fuqia e rrezatuar shkallëzohet si një energji e fuqisë së katërt. Ky rrezatim kufizon energjinë e përplasësit rrethor elektron-pozitron. Në mënyrë tipike, përplasësit protonikë kufizohen nga fusha magnetike maksimale. Prandaj, për shembull, përplasësi i madh i Hadronit ka një qendër të energjisë në masë 70 herë më të lartë se çdo përshpejtues tjetër i grimcave, edhe nëse masa e një protoni është 2000 herë më e madhe se një elektron.
Terminologji
Fusha të ndryshme të shkencës shpesh kanë mënyra të ndryshme për të përcaktuar termat. Fatkeqësisht, në fushën e rrezeve X, disa terma nënkuptojnë të njëjtën gjë si "rrezatim". Disa autorë përdorin termin "shkëlqim", i cili dikur përdorej për t'iu referuar shkëlqimit fotometrik, ose përdorej gabimisht përemërtimet e rrezatimit radiometrik. Intensiteti nënkupton densitetin e fuqisë për njësi sipërfaqe, por për burimet e rrezeve X zakonisht do të thotë shkëlqim.
Mekanizmi i shfaqjes
Rrezatimi sinkrotron mund të ndodhë në përshpejtues ose si një gabim i paparashikuar, duke shkaktuar humbje të padëshiruara të energjisë në kontekstin e fizikës së grimcave, ose si një burim rrezatimi i projektuar qëllimisht për aplikime të shumta laboratorike. Elektronet përshpejtohen në shpejtësi të mëdha në disa hapa për të arritur një energji përfundimtare që zakonisht është në intervalin gigaelektronvolt. Elektronet detyrohen të lëvizin në një rrugë të mbyllur nga fusha të forta magnetike. Është e ngjashme me një antenë radioje, por me ndryshimin se shpejtësia relativiste ndryshon frekuencën e vëzhguar për shkak të efektit Doppler. Tkurrja relativiste e Lorencit ndikon në frekuencën gigahertz, duke e shumëzuar atë në një zgavër rezonante që përshpejton elektronet në rangun e rrezeve X. Një tjetër efekt dramatik i relativitetit është se modeli i rrezatimit është i shtrembëruar nga modeli i dipolit izotropik i pritur nga teoria jo-relativiste në një kon rrezatimi jashtëzakonisht të drejtuar. Kjo e bën difraksionin e rrezatimit sinkrotron mënyrën më të mirë për të krijuar rreze X. Gjeometria e sheshtë e nxitimit e bën rrezatimin të polarizuar në mënyrë lineare kur shikohet në rrafshin e orbitës dhe krijon polarizim rrethor kur shikohet në një kënd të lehtë me këtë plan.
Përdorime të ndryshme
Përfitimet e përdorimitRrezatimi sinkrotron për spektroskopi dhe difraksion janë zbatuar nga një komunitet shkencor gjithnjë në rritje që nga vitet 1960 dhe 1970. Në fillim, përshpejtuesit u krijuan për fizikën e grimcave. "Modaliteti parazitar" përdorte rrezatimin sinkrotron, ku rrezatimi magnetik i përkuljes duhej të nxirrej duke shpuar vrima shtesë në tubat e rrezeve. Unaza e parë e ruajtjes e prezantuar si një burim drite sinkrotron ishte Tantalus, i cili u lançua për herë të parë në 1968. Ndërsa rrezatimi i përshpejtuesit u bë më intensiv dhe aplikimet e tij u bënë më premtuese, pajisjet që rrisnin intensitetin e tij u ndërtuan në unazat ekzistuese. Metoda e difraksionit të rrezatimit sinkrotron u zhvillua dhe u optimizua që në fillim për të marrë rreze X me cilësi të lartë. Burimet e gjeneratës së katërt janë duke u shqyrtuar, të cilat do të përfshijnë koncepte të ndryshme për krijimin e rrezeve strukturore ultra të shkëlqyera, pulsuese, me kohë për eksperimente jashtëzakonisht të vështira dhe ndoshta ende të pakrijuara.
Pajisjet e para
Në fillim, elektromagnetët e përkuljes në përshpejtuesit u përdorën për të gjeneruar këtë rrezatim, por pajisje të tjera të specializuara, pajisjet e futjes, u përdorën ndonjëherë për të krijuar një efekt më të fortë ndriçimi. Metodat e difraksionit të rrezatimit sinkrotron (gjenerata e tretë) zakonisht varen nga pajisjet burimore, ku seksionet e drejta të unazës së ruajtjes përmbajnë periodikstruktura magnetike (që përmbajnë shumë magnet në formën e poleve të alternuara N dhe S) që bëjnë që elektronet të lëvizin në një rrugë sinusoidale ose spirale. Kështu, në vend të një kthese të vetme, shumë dhjetëra ose qindra "rrotullime" në pozicione të llogaritura saktësisht shtojnë ose shumëzojnë intensitetin e përgjithshëm të rrezes. Këto pajisje quhen viggler ose undulators. Dallimi kryesor midis një valëzuesi dhe një tundues është intensiteti i fushës së tyre magnetike dhe amplituda e devijimit nga rruga e drejtpërdrejtë e elektroneve. Të gjitha këto pajisje dhe mekanizma tani ruhen në Qendrën për Rrezatimin Sinkrotron (SHBA).
Nxjerrja
Akumulatori ka vrima që lejojnë grimcat të largohen nga sfondi i rrezatimit dhe të ndjekin vijën e rrezes deri në dhomën e vakumit të eksperimentuesit. Një numër i madh i rrezeve të tilla mund të vijnë nga pajisjet moderne të rrezatimit sinkrotron të gjeneratës së tretë.
Elektronet mund të nxirren nga përshpejtuesi aktual dhe të ruhen në një ruajtje magnetike ndihmëse me vakum ultra të lartë, nga ku mund të nxirren (dhe ku mund të riprodhohen) një numër të madh herë. Magnetët në unazë duhet gjithashtu të rikompresin në mënyrë të përsëritur rrezen kundër "forcave të Kulombit" (ose, më thjesht, ngarkesave hapësinore) që tentojnë të shkatërrojnë tufat e elektroneve. Ndryshimi i drejtimit është një formë nxitimi, sepse elektronet lëshojnë rrezatim me energji të larta dhe shpejtësi të lartë nxitimi në një përshpejtues grimcash. Si rregull, shkëlqimi i rrezatimit sinkrotron varet gjithashtu nga e njëjta shpejtësi.
