Syklotronstråling - Cyclotron radiation

Syklotronstråling er elektromagnetisk stråling som sendes ut ved å akselerere ladede partikler som avledes av et magnetfelt . Den Lorentz-kraften på partiklene virker vinkelrett på begge de magnetiske feltlinjer og partiklenes bevegelse gjennom dem, noe som skaper en akselerering av ladede partikler som får dem til å sende ut stråling som følge av akselerasjonen utsettes de som de i spiral rundt linjene av magnetfelt.

Navnet på denne strålingen stammer fra cyklotronen , en type partikkelakselerator som ble brukt siden 1930 -årene for å lage svært energiske partikler for studier. Syklotronet bruker de sirkulære banene som ladede partikler viser i et jevnt magnetfelt. Videre er baneperioden uavhengig av partikkelenes energi, slik at syklotronen kan operere med en angitt frekvens . Syklotronstråling sendes ut av alle ladede partikler som beveger seg gjennom magnetfelt, ikke bare de i syklotroner. Syklotronstråling fra plasma i det interstellare mediet eller rundt sorte hull og andre astronomiske fenomener er en viktig informasjonskilde om fjerne magnetiske felt.

Egenskaper

Den effekt (energi per tidsenhet) av utsendelsen av hver enkelt elektron kan beregnes:

hvor E er energi, t er tid, er Thomson -tverrsnittet (totalt, ikke differensial), B er magnetfeltstyrken, v er hastigheten vinkelrett på magnetfeltet, c er lysets hastighet og er permeabiliteten til fri plass .

Syklotronstråling har et spektrum med hovedpiken ved samme grunnfrekvens som partikkelens bane, og harmoniske ved høyere integrerte faktorer. Harmonikk er et resultat av ufullkommenheter i det faktiske utslippsmiljøet, som også skaper en utvidelse av spektrallinjene . Den mest åpenbare kilden til linjebredde er ujevnheter i magnetfeltet; Når et elektron passerer fra ett område av feltet til et annet, vil dens utslippsfrekvens endres med feltets styrke. Andre kilder til utvidelse inkluderer kollisjonsutvidelse ettersom elektronet alltid vil unnlate å følge en perfekt bane, forvrengninger av utslippet forårsaket av interaksjoner med det omkringliggende plasma og relativistiske effekter hvis de ladede partiklene er tilstrekkelig energiske. Når elektronene beveger seg med relativistiske hastigheter, er syklotronstråling kjent som synkrotronstråling .

Rekylen som en partikkel avgir syklotronstråling kalles strålingsreaksjon . Strålingsreaksjon fungerer som en motstand mot bevegelse i en syklotron; og arbeidet som er nødvendig for å overvinne det er den viktigste energimessige kostnaden ved å akselerere en partikkel i en syklotron. Syklotroner er gode eksempler på systemer som opplever strålingsreaksjon.

Eksempler

I sammenheng med magnetisk fusjonsenergi , oversetter syklotronstrålingstap til et krav om en minimum plasmagenergitetthet i forhold til magnetfeltets energitetthet.

Syklotronstråling vil trolig bli produsert ved en kjernefysisk eksplosjon i stor høyde . Gammastråler produsert ved eksplosjonen ville ionisere atomer i den øvre atmosfæren, og de frie elektronene ville samhandle med jordens magnetfelt for å produsere syklotronstråling i form av en elektromagnetisk puls (EMP). Dette fenomenet bekymrer militæret da EMP kan skade elektronisk utstyr i fast tilstand .

Se også

Referanser