Синхротронные излучение единичного электрона

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПУЩИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЙ ИНСТИТУТ»

Реферат

На тему : «Синхротронные излучение единичного электрона »

Факультета Астрофизики и радиоастрономии

Миров Азамджон

Принял: Малов И.Ф

Синхротронное излучение

- один из видов магнитотормозного излучения: излучение электро магнитных . волн заряженными частицами (в космосе преимущественно электронами), движущимися с релятивистскими скоростями в магнитного поле H. Впервые наблюдалось в ускорителях электронов - синхротронах. Магнитное поле искривляет траекторию движения электронов , и возникающее при этом ускорение является причиной электомагнитного излучения. Этот механизм часто использкется для объяснения радио оптического и рентгенного излучений самых различных космических источников.

Аналогичное излучение нерелятивистских частиц происходит на основе гиромагнитной частоте и ее первых гармониках (q и m - заряд и масса покоя частицы).

Излучение заряженных релятивистских частиц, т.е. частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, обладает рядом существенных отличий от излучения медленных частиц. Из-за эффекта Доплера частота света, излучаемого быстродвижущейся частицей в направлении своего движения, сильно повышается, интенсивность излучения на высоких гармониках возрастает. У релятивистских частиц с энергией излучение в области высоких гармоник обладает практически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгновенной скорости в узком конусе с углом раствора ..

Релятивистский электрон, движущийся в магн поле, описывает либо окружность (если у него нет компонента скорости вдоль поля), либо спираль. Частота вращения его в магн. поле H есть

Здесь и далее под H будет подразумеваться компонент поля, перпендикулярный вектору скорости частицы (т.е. ).

Узкий конус, в пределах к-рого заключено излучение электрона, поворачивается вместе с поворотом вектора мгновенной скорости электрона (рис.). Это означает, что наблюдатель, находящийся в плоскости орбиты электрона, видит вспышки излучения в те моменты времени, когда скорость электрона направлена на него. Вспышки следуют через промежутки времени , длительность каждой вспышки .

Поскольку частота повторения вспышек достаточно велика, наблюдатель практически видит непрерывное излучение. Макс. мощность С.и. одного электрона в единичном интервале частот ок. частоты и в единичном телесном угле равна:

Важными особенностями обладает поляризация С.и. Для наблюдателя, находящегося точно в плоскости орбиты электрона, излучение поляризовано линейно с электрич. вектором, лежащим в плоскости орбиты. На нек-ром угловом расстоянии от этой плоскости поляризация эллиптическая, причем разных знаков по обе стороны от плоскостию Кроме того, интенсивность эллиптически поляризованного излучения незначительна. При усреднении излучения системы электронов остается лишь линейная поляризация. Иными словами, система релятивистских электронов, находящаяся в однородном магн. поле, дает линейно поляризованное С.и. с электрич. вектором, перпендкулярным магнитному полю.

С.и. ед. объма в единичном телесном угле и в единичном интервале частот (т.н. коэфф. излучения) определяется соотношением:

Если концентрация релятивистских электронов не слишком велика, то интенсивность излучения определяется по ф-ле , где l - размер области излучения. При большой концентрации электронов необходимо учитывать и самопоглощение ими С.и. Отношение коэфф. излучения к коэфф. поглощения :

Приведенные выше соотношения справедливы, если излучающие электроны находятся в вакууме. В достаточно плотной плазме характер излучения меняется: уменьшается направленность излучения и резко падает его интенсивность. Это приводит к "завалу" спектра излучения на частотах, меньших , где n_e - концентрация электронов плазмы. Зато здесь появляется возможность синхротронного мазерного излучения. С.и. в радиодиапазоне часто называется нетепловым, поскольку его спектр сильно отличается от спектра теплового излучения. Спектр С.и. нельзя характеризовать одним значением температуры, как в случае теплового излучения. Если концентрация релятивистских электронов настолько велика, что самопоглощение ими С.и. становится существенным, спектр С.и. можно охарактеризовать с помощью зависящей от частоты эффективной темп-ры T_э, к-рая в энергетич. единицах равна:

Синхротронный механизм используется для интерпретации излучения объектов как нашей Галактики, так и др. галактик; радио, оптичtcrbt и рентг. излучения Крабовидной туманности и др. туманностей - остатков вспышек сверхновых звезд; нек-рых видов излучения Солнца, пульсаров, квазаров.