Senkrotron radyasyonunun spektrumu o kadar büyük değil. Yani, sadece birkaç türe ayrılabilir. Parçacık göreli değilse, bu tür radyasyona siklotron emisyonu denir. Öte yandan, parçacıklar doğaları gereği göreliyse, etkileşimlerinden kaynaklanan radyasyonlara bazen aşırı görelilik denir. Senkronize radyasyon, yapay olarak (senkrotronlarda veya depolama halkalarında) veya manyetik alanlarda hareket eden hızlı elektronlar nedeniyle doğal olarak elde edilebilir. Bu şekilde üretilen radyasyon karakteristik bir polarizasyona sahiptir ve üretilen frekanslar, sürekli radyasyon olarak da adlandırılan tüm elektromanyetik spektrum boyunca değişebilir.
Açılış
Bu fenomen, 1946'da inşa edilen bir General Electric senkrotron jeneratöründen adını almıştır. Varlığı, Mayıs 1947'de bilim adamları Frank Elder, Anatoly Gurevich, Robert Langmuir ve Herb tarafından açıklandı. Pollock, "Senkrotrondaki elektronlardan gelen radyasyon" mektubunda. Ancak bu sadece teorik bir keşifti, aşağıda bu fenomenin ilk gerçek gözlemini okuyacaksınız.
Kaynaklar
Bir manyetik alan tarafından eğri bir yol boyunca hareket etmeye zorlanan elektronlar da dahil olmak üzere, yüksek enerjili parçacıklar hızlandığında, senkrotron radyasyonu üretilir. Bu bir radyo antenine benzer, ancak teorik olarak göreli hızın Doppler etkisinden dolayı gözlemlenen frekansı Lorentz katsayısı γ ile değiştireceği farkıyla. Göreceli uzunluğun kısalması daha sonra başka bir faktör γ tarafından gözlemlenen frekansa çarpar, böylece X-ışını aralığında elektronları hızlandıran rezonans boşluğunun GHz frekansını arttırır. Yayılan güç, göreli Larmor formülü ile belirlenir ve yayılan elektron üzerindeki kuvvet, Abraham-Lorentz-Dirac kuvveti tarafından belirlenir.
Diğer özellikler
Işıma modeli, izotropik bir dipol modelinden yüksek düzeyde yönlendirilmiş bir radyasyon konisine dönüştürülebilir. Elektron senkrotron radyasyonu, X-ışınlarının en parlak yapay kaynağıdır.
Düzlemsel ivmenin geometrisi, yörünge düzleminde bakıldığında radyasyonu lineer olarak polarize ediyor ve bu düzleme hafif bir açıyla bakıldığında dairesel olarak polarize ediyor gibi görünüyor. Bununla birlikte, genlik ve frekans, kutup ekliptiğinde ortalanır.
Senkrotron radyasyonunun kaynağı aynı zamanda bir elektromanyetik radyasyon (EM) kaynağıdır.bilimsel ve teknik amaçlar için tasarlanmış bir saklama halkası. Bu radyasyon yalnızca depolama halkaları tarafından değil, aynı zamanda genellikle hızlandırıcı elektronlar olan diğer özel parçacık hızlandırıcıları tarafından da üretilir. Yüksek enerjili bir elektron ışını üretildiğinde, bükme mıknatısları ve yerleştirme cihazları (sallayıcılar veya kıpırdatıcılar) gibi yardımcı bileşenlere yönlendirilir. Yüksek enerjili elektronları fotonlara dönüştürmek için gerekli olan güçlü manyetik alanlar, dik ışınlar sağlarlar.
Senkrotron radyasyonunun kullanımı
Senkrotron ışığının ana uygulamaları yoğun madde fiziği, malzeme bilimi, biyoloji ve tıptır. Senkrotron ışığı kullanan deneylerin çoğu, maddenin yapısının nanometre altı elektronik yapı seviyesinden tıbbi görüntüleme için önemli olan mikrometre ve milimetre seviyesine kadar incelenmesiyle ilgilidir. Pratik bir endüstriyel uygulamaya bir örnek, LIGA sürecini kullanarak mikro yapıların üretilmesidir.
Senkrotron radyasyonu aynı zamanda astronomik nesneler tarafından da üretilir, genellikle göreli elektronların manyetik alanlar boyunca spiral oluşturduğu (ve dolayısıyla hızı değiştirdiği) olur.
Tarih
Bu radyasyon ilk olarak 1956'da Geoffrey R. Burbidge tarafından Messier 87 tarafından ateşlenen bir rokette keşfedildi. 1950. Güneş patlamaları parçacıkları hızlandırıyor1948'de R. Giovanolli tarafından önerildiği ve 1952'de Piddington tarafından eleştirel olarak tanımlandığı gibi bu şekilde yayılan.
Uzay
Süper kütleli karadeliklerin, yerçekimsel olarak hızlanan iyonlar tarafından oluşturulan jetleri manyetik alanların süper kordonlu "boru şeklindeki" kutup bölgeleri boyunca iterek senkrotron radyasyonu oluşturması önerildi. Messier 87'de bunlara en yakın olan bu tür jetler, Hubble teleskobu tarafından gezegen çerçevemizden 6 x s (ışık hızının altı katı) bir frekansta hareket eden süperlüminal sinyaller olarak tanımlandı. Bu fenomen, ışık hızına çok yakın ve gözlemciye çok küçük bir açıyla hareket eden jetlerden kaynaklanır. Yüksek hızlı jetler, yollarının her noktasında ışık yaydıkları için yaydıkları ışık, gözlemciye jetin kendisinden çok daha hızlı yaklaşmaz. Yüzlerce yıllık yolculuktan yayılan ışık, böylece gözlemciye çok daha kısa bir sürede (on ya da yirmi yıl) ulaşır. Bu fenomende özel görelilik teorisinin ihlali yoktur.
≧25 GeV'ye kadar parlaklığa sahip bir nebuladan gelen dürtüsel bir gama radyasyonu emisyonu, muhtemelen pulsarın etrafındaki güçlü bir manyetik alana hapsolmuş elektronların senkrotron emisyonu nedeniyle tespit edildi. Sinkrotron emisyonunun önemli olduğu bir astronomik kaynak sınıfı, Yengeç Bulutsusu ve onunla ilişkili pulsarın arketip olduğu pulsar rüzgar bulutsuları veya plerionlardır. Yengeç Bulutsusu'ndaki 0.1 ile 1.0 MeV arasındaki enerjilerde polarizasyon tipik senkrotron radyasyonudur.
Hesaplama ve çarpıştırıcılar hakkında kısaca bilgi
Bu konudaki denklemlerde genellikle hız alanını oluşturan parçacıkları simgeleyen özel terimler veya değerler yazılır. Bu terimler, parçacığın hareketinin sıfır veya sabit hız bileşeninin bir fonksiyonu olan statik alanının etkisini temsil eder. Aksine, ikinci terim, kaynaktan uzaklığın birinci kuvvetinin tersi olarak düşer ve bazı terimler, yükün hızlanması nedeniyle alanın bileşenleri oldukları için hızlanma alanı veya radyasyon alanı olarak adlandırılır (hız değişimi).
Böylece yayılan güç, dördüncü gücün enerjisi olarak ölçeklenir. Bu radyasyon, elektron-pozitron dairesel çarpıştırıcısının enerjisini sınırlar. Tipik olarak, proton çarpıştırıcıları bunun yerine maksimum manyetik alanla sınırlıdır. Bu nedenle, örneğin, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, bir protonun kütlesi bir elektronun kütlesinin 2000 katı olsa bile, diğer herhangi bir parçacık hızlandırıcıdan 70 kat daha yüksek bir kütle enerjisi merkezine sahiptir.
Terminoloji
Farklı bilim alanlarının genellikle terimleri tanımlamanın farklı yolları vardır. Ne yazık ki, X-ışınları alanında birkaç terim "radyasyon" ile aynı anlama gelmektedir. Bazı yazarlar, bir zamanlar fotometrik parlaklığa atıfta bulunmak için kullanılan veya yanlış olarak kullanılan "parlaklık" terimini kullanırlar.radyometrik radyasyon tanımları. Yoğunluk, birim alan başına güç yoğunluğu anlamına gelir, ancak X-ışını kaynakları için genellikle parlaklık anlamına gelir.
Oluş mekanizması
Sinkrotron radyasyonu, hızlandırıcılarda ya parçacık fiziği bağlamında istenmeyen enerji kayıplarına neden olan öngörülemeyen bir hata olarak ya da çok sayıda laboratuvar uygulaması için kasıtlı olarak tasarlanmış bir radyasyon kaynağı olarak ortaya çıkabilir. Elektronlar, genellikle gigaelektronvolt aralığında olan bir nihai enerjiye ulaşmak için birkaç adımda yüksek hızlara hızlandırılır. Elektronlar, güçlü manyetik alanlar tarafından kapalı bir yolda hareket etmeye zorlanır. Bir radyo antenine benzer, ancak göreceli hızın Doppler etkisinden dolayı gözlemlenen frekansı değiştirmesi farkıyla. Göreceli Lorentz büzülmesi gigahertz frekansını etkiler, böylece elektronları X-ışını aralığına hızlandıran bir rezonans boşluğunda çoğ altır. Göreliliğin bir başka dramatik etkisi, radyasyon modelinin, göreli olmayan teoriden beklenen izotropik dipol modelinden aşırı yönlendirilmiş bir radyasyon konisine çarpıtılmasıdır. Bu, senkrotron radyasyon kırınımını X-ışınları yaratmanın en iyi yolu yapar. Düz ivme geometrisi, yörünge düzleminde görüntülendiğinde radyasyonu doğrusal olarak polarize eder ve bu düzleme hafif bir açıyla bakıldığında dairesel polarizasyon oluşturur.
Çeşitli kullanım
Kullanmanın faydalarıspektroskopi ve kırınım için senkrotron radyasyonu, 1960'lardan ve 1970'lerden beri sürekli büyüyen bir bilim topluluğu tarafından uygulanmaktadır. Başlangıçta, parçacık fiziği için hızlandırıcılar yaratıldı. "Parazitik mod", bükülen manyetik radyasyonun ışın tüplerinde ek delikler açarak çıkarılması gereken senkrotron radyasyonunu kullandı. Senkrotron ışık kaynağı olarak tanıtılan ilk saklama halkası, ilk olarak 1968'de piyasaya sürülen Tantalus'tur. Hızlandırıcı radyasyonu daha yoğun hale geldikçe ve uygulamaları daha umut verici hale geldikçe, yoğunluğunu artıran cihazlar mevcut halkalara yerleştirildi. Senkrotron radyasyon kırınım yöntemi, en başından beri yüksek kaliteli X-ışınları elde etmek için geliştirilmiş ve optimize edilmiştir. Son derece zorlu ve belki de henüz oluşturulmamış deneyler için ultra parlak, darbeli, zamanlamalı yapısal X-ışınları oluşturmaya yönelik çeşitli kavramları içerecek olan dördüncü nesil kaynaklar değerlendiriliyor.
İlk cihazlar
İlk başta, bu radyasyonu üretmek için hızlandırıcılarda bükülen elektromıknatıslar kullanıldı, ancak bazen daha güçlü bir aydınlatma efekti oluşturmak için diğer özel cihazlar, yerleştirme cihazları kullanıldı. Senkrotron radyasyon kırınımı yöntemleri (üçüncü nesil) genellikle, depolama halkasının düz bölümlerinin periyodik olarak içerdiği kaynak cihazlara bağlıdır. Elektronların sinüzoidal veya spiral bir yolda hareket etmesine neden olan manyetik yapılar (değişken N ve S kutupları şeklinde birçok mıknatıs içerir). Böylece, tek bir bükülme yerine, kesin olarak hesaplanmış konumlardaki onlarca veya yüzlerce "girdap", ışının toplam yoğunluğunu ekler veya çoğ altır. Bu cihazlara kıpırdatıcı veya dalgalayıcı denir. Bir dalgakıran ile bir kıpırdanıcı arasındaki temel fark, manyetik alanlarının yoğunluğu ve elektronların doğrudan yolundan sapmanın genliğidir. Tüm bu cihazlar ve mekanizmalar artık Senkrotron Radyasyonu Merkezi'nde (ABD) saklanmaktadır.
Çıkarma
Akümülatörde, parçacıkların radyasyon arka planını terk etmesine ve deneycinin vakum odasına giden ışın çizgisini takip etmesine izin veren delikler vardır. Bu tür ışınların büyük bir kısmı, modern üçüncü nesil senkrotron radyasyon cihazlarından gelebilir.
Elektronlar, gerçek hızlandırıcıdan çıkarılabilir ve çok sayıda çıkarılabileceği (ve yeniden üretilebileceği) bir yardımcı ultra yüksek vakumlu manyetik depoda saklanabilir. Halkadaki mıknatıslar ayrıca elektron demetlerini yok etme eğiliminde olan "Coulomb kuvvetlerine" (veya daha basit olarak uzay yüklerine) karşı ışını tekrar tekrar sıkıştırmalıdır. Elektronlar parçacık hızlandırıcıda yüksek enerjilerde ve yüksek hızlanma hızlarında radyasyon yayarlar çünkü yön değişikliği bir hızlanma şeklidir. Kural olarak, senkrotron radyasyonunun parlaklığı da aynı hıza bağlıdır.
