Синхротроны цацрагийн спектр тийм ч их биш. Өөрөөр хэлбэл, үүнийг хэдхэн төрөлд хувааж болно. Хэрэв бөөмс харьцангуй харьцангуй биш бол ийм цацрагийг циклотроны ялгарал гэж нэрлэдэг. Хэрэв нөгөө талаас бөөмс нь харьцангуй шинж чанартай бол тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүссэн цацрагийг заримдаа хэт релятивист гэж нэрлэдэг. Синхрон цацрагийг зохиомлоор (синхротрон эсвэл хадгалах цагирагт) эсвэл соронзон орон дундуур хурдан хөдөлж буй электронуудын улмаас байгалийн аргаар олж авч болно. Ийнхүү үүссэн цацраг нь туйлшралын онцлог шинж чанартай бөгөөд үүссэн давтамж нь тасралтгүй цацраг гэж нэрлэгддэг бүх цахилгаан соронзон спектрийн дагуу өөр өөр байж болно.
Нээлт
Энэ үзэгдлийг 1946 онд бүтээсэн General Electric синхротрон генераторын нэрээр нэрлэсэн. Үүнийг 1947 оны 5-р сард эрдэмтэд Фрэнк Элдер, Анатолий Гуревич, Роберт Лангмюр, Херб нар зарлав. Поллок "Синхротрон дахь электронуудаас цацраг туяа" гэсэн захидалдаа. Гэхдээ энэ бол зөвхөн онолын нээлт байсан тул та энэ үзэгдлийн анхны бодит ажиглалтын талаар доороос унших болно.
Эх сурвалж
Өндөр энергитэй бөөмс, тэр дундаа электронууд нь соронзон орны нөлөөгөөр муруй зам дагуу хөдөлж, хурдатгалтай байх үед синхротрон цацраг үүснэ. Энэ нь радио антентай төстэй боловч онолын хувьд харьцангуй хурд нь Лоренцын коэффициент γ-ээр Доплер эффектийн улмаас ажиглагдсан давтамжийг өөрчилнө гэсэн ялгаатай. Харьцангуй уртыг богиносгосноор өөр хүчин зүйл γ-д ажиглагдсан давтамжийг цохиж, улмаар резонансын хөндийн GHz давтамжийг нэмэгдүүлж, рентген туяаны муж дахь электронуудыг хурдасгадаг. Цацрагийн хүчийг харьцангуй Ларморын томъёогоор, харин цацрагийн электронд үзүүлэх хүчийг Абрахам-Лоренц-Диракийн хүчээр тодорхойлно.
Бусад онцлогууд
Цацрагийн хэв маяг нь изотроп диполийн хэв маягаас өндөр чиглэсэн цацрагийн конус болж хувирах боломжтой. Электрон синхротрон цацраг нь рентген туяаны хамгийн тод хиймэл эх үүсвэр юм.
Хавтгай хурдатгалын геометр нь тойрог замын хавтгайд цацрагийг шугаман туйлшруулж, тэр хавтгайд бага зэрэг өнцгөөс харахад дугуй туйлширсан мэт санагддаг. Гэхдээ далайц ба давтамж нь туйлын эклиптик дээр төвлөрдөг.
Синхротрон цацрагийн эх үүсвэр нь мөн цахилгаан соронзон цацрагийн (EM) эх үүсвэр юм.шинжлэх ухаан, техникийн зориулалтаар зориулагдсан хадгалах цагираг. Энэ цацрагийг зөвхөн хадгалах цагирагууд төдийгүй бусад тусгай бөөмийн хурдасгуурууд, ихэвчлэн хурдасгагч электронууд үүсгэдэг. Өндөр энергитэй электрон туяа үүссэний дараа түүнийг гулзайлтын соронз, оруулах төхөөрөмж (долгион эсвэл эргэдэг) зэрэг туслах бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд чиглүүлдэг. Тэд өндөр энергитэй электронуудыг фотон болгон хувиргахад шаардлагатай хүчтэй соронзон орон, перпендикуляр цацрагийг бий болгодог.
Синхротрон цацрагийн хэрэглээ
Синхротрон гэрлийн үндсэн хэрэглээ бол конденсацын физик, материал судлал, биологи, анагаах ухаан юм. Синхротрон гэрлийг ашигласан ихэнх туршилтууд нь электрон бүтцийн дэд нанометрийн түвшнээс микрометр, миллиметрийн түвшин хүртэлх бодисын бүтцийг судлахтай холбоотой бөгөөд энэ нь эмнэлгийн дүрслэлд чухал ач холбогдолтой юм. Аж үйлдвэрийн практик хэрэглээний жишээ бол LIGA процессыг ашиглан бичил бүтэц үйлдвэрлэх явдал юм.
Синхротроны цацрагийг мөн одон орны биетүүд үүсгэдэг бөгөөд ихэвчлэн харьцангуй электронууд соронзон орны дундуур эргэлддэг (тиймээс хурд нь өөрчлөгддөг).
Түүх
Энэ цацрагийг 1956 онд Messier 87-ийн харвасан пуужинд анх Жеффри Р. Бөрбиж нээсэн бөгөөд тэрээр үүнийг 1953 онд Иосиф Шкловскийн таамаглалыг батлах гэж үзсэн боловч өмнө нь Ханнес Алфвен, Николай Херлофсон нар үүнийг урьдчилан таамаглаж байсан. 1950. Нарны туяа нь бөөмсийг хурдасгадаг1948 онд Р. Жованоллигийн санал болгож, 1952 онд Пиддингтон шүүмжлэлтэй тайлбарласнаар ийм байдлаар ялгардаг.
Зай
Хэт масстай хар нүхнүүд нь таталцлын хурдатгалын ионуудаас үүссэн тийрэлтэт онгоцуудыг соронзон орны супер утастай "хоолой" туйлын бүсүүдээр түлхэж синхротрон цацраг үүсгэхийг санал болгож байна. Messier 87-д хамгийн ойр байдаг ийм тийрэлтэт онгоцыг Хаббл телескопоор манай гаригийн хүрээнээс 6 × с (гэрлийн хурдаас зургаа дахин) давтамжтайгаар хөдөлдөг хэт гэрэлтдэг дохио гэж тодорхойлсон. Энэ үзэгдэл нь тийрэлтэт онгоцууд гэрлийн хурдтай маш ойрхон, ажиглагч руу маш бага өнцгөөр аялж байгаагаас үүдэлтэй юм. Өндөр хурдны тийрэлтэт онгоцууд замынхаа бүх цэг дээр гэрэл цацруулдаг тул тэдгээрийн ялгаруулж буй гэрэл нь тийрэлтэт онгоцноос илүү хурдан ажиглагчид ойртдоггүй. Хэдэн зуун жил аялахдаа ялгарах гэрэл нь ажиглагчид хамаагүй богино хугацаанд (арав, хорин жил) хүрдэг. Энэ үзэгдэлд харьцангуйн тусгай онолыг зөрчсөн зүйл байхгүй.
Сүүлийн үед ≧25 ГэВ хүртэл тод мананцараас гамма цацрагийн импульсийн ялгаралтыг илрүүлсэн нь пулсарын эргэн тойронд хүчтэй соронзон орон дотор баригдсан электронуудын синхротрон ялгарлаас үүдэлтэй байж магадгүй юм. Синхротроны ялгаралт чухал ач холбогдолтой одон орны эх үүсвэрүүдийн нэг ангилалд Хавчны мананцар ба түүнтэй холбоотой пульсар нь архетипт байдаг пульсар салхины мананцар буюу плерионууд юм. Хавчны мананцар дахь туйлшрал нь 0.1-ээс 1.0 МэВ хүртэлх энергитэй байх нь ердийн синхротрон цацраг юм.
Тооцоолол ба коллайдеруудын талаар товчхон
Энэ сэдвээрх тэгшитгэлд тусгай нэр томъёо эсвэл утгыг ихэвчлэн бичдэг бөгөөд энэ нь хурдны талбар гэж нэрлэгддэг бөөмсийг бэлгэддэг. Эдгээр нэр томъёо нь бөөмийн статик талбайн нөлөөг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь түүний хөдөлгөөний тэг буюу тогтмол хурдны бүрэлдэхүүн хэсгийн функц юм. Эсрэгээр, хоёр дахь гишүүн эх үүсвэрээс зайны эхний чадлын эсрэгээр унадаг бөгөөд зарим нэр томъёо нь цэнэгийн хурдатгалын улмаас талбайн бүрэлдэхүүн хэсэг учраас хурдатгалын орон эсвэл цацрагийн талбар гэж нэрлэгддэг (хурдыг өөрчлөх).
Тиймээс цацрагийн хүчийг дөрөв дэх зэрэглэлийн энерги гэж тооцдог. Энэ цацраг нь электрон-позитрон дугуй мөргөлдүүлэгчийн энергийг хязгаарладаг. Ихэвчлэн протоны мөргөлдөөн нь хамгийн их соронзон оронгоор хязгаарлагддаг. Тиймээс, жишээ нь, Том Адрон Коллайдер нь протоны масс электроноос 2000 дахин их байсан ч бусад бөөмс хурдасгуураас 70 дахин их массын энергийн төвтэй.
Нэр томьёо
Шинжлэх ухааны өөр өөр салбарууд нэр томьёог тодорхойлох өөр өөр арга замтай байдаг. Харамсалтай нь рентген туяаны салбарт хэд хэдэн нэр томъёо нь "цацраг туяа" гэсэн утгатай ижил утгатай. Зарим зохиогчид "гэрэлт" гэсэн нэр томъёог ашигладаг бөгөөд үүнийг өмнө нь фотометрийн тод байдлыг илэрхийлэхэд ашигладаг байсан эсвэл буруу ашигласан байдаг.радиометрийн цацрагийн тэмдэглэгээ. Эрчим хүч гэдэг нь нэгж талбайд ноогдох эрчим хүчний нягтыг илэрхийлдэг бол рентген туяаны эх үүсвэрийн хувьд энэ нь ихэвчлэн гялалзсан гэсэн үг.
Үйлдэх механизм
Синхротроны цацраг нь хурдасгуурт тохиолдож болох бөгөөд энэ нь бөөмийн физикийн хүрээнд хүсээгүй эрчим хүчний алдагдлыг үүсгэж, эсвэл олон тооны лабораторийн хэрэглээнд зориулж зориудаар зохион бүтээсэн цацрагийн эх үүсвэр болж болно. Электронууд нь ихэвчлэн гигаэлектронвольт мужид байдаг эцсийн энергид хүрэхийн тулд хэд хэдэн алхамаар өндөр хурдтай хурдасгадаг. Хүчтэй соронзон орны нөлөөгөөр электронууд хаалттай замаар хөдөлдөг. Энэ нь радио антентай төстэй боловч харьцангуй хурд нь Доплер эффектийн улмаас ажиглагдсан давтамжийг өөрчилдөг. Харьцангуй Лоренц агшилт нь гигагерцийн давтамжид нөлөөлж, улмаар резонансын хөндийд үржүүлж, электронуудыг рентген туяаны мужид хурдасгадаг. Харьцангуйн онолын өөр нэг гайхалтай нөлөө нь цацрагийн хэв маяг нь харьцангуй онолоос хүлээгдэж буй изотроп диполь загвараас хэт чиглэсэн цацрагийн конус руу гажсан байдаг. Энэ нь синхротрон цацрагийн дифракцийг рентген туяа үүсгэх хамгийн сайн арга болгодог. Хавтгай хурдатгалын геометр нь тойрог замын хавтгайд цацрагийг шугаман туйлшруулж, энэ хавтгайд бага зэрэг өнцгөөс харахад дугуй туйлшрал үүсгэдэг.
Төрөл бүрийн хэрэглээ
Хэрэглэхийн ашиг тус1960-1970-аад оноос хойш тасралтгүй өсөн нэмэгдэж буй шинжлэх ухааны нийгэмлэг спектроскопи ба дифракцийн синхротрон цацрагийг хэрэгжүүлж ирсэн. Эхэн үедээ бөөмийн физикийн хувьд хурдасгуур бүтээгдсэн. "Шимэгчийн горим" нь синхротрон цацрагийг ашигласан бөгөөд гулзайлтын соронзон цацрагийг цацрагийн хоолойд нэмэлт цооног өрөмдөх замаар гаргаж авах шаардлагатай байв. Синхротрон гэрлийн эх үүсвэр болгон нэвтрүүлсэн анхны хадгалах цагираг бол 1968 онд анх худалдаанд гарсан Тантал юм. Хурдасгуурын цацраг улам эрчимжиж, хэрэглээ нь илүү ирээдүйтэй болохын хэрээр түүний эрчмийг нэмэгдүүлэх төхөөрөмжүүдийг одоо байгаа цагиргуудад суурилуулсан. Синхротроны цацрагийн дифракцийн аргыг анхнаасаа боловсруулж, өндөр чанартай рентген туяа авахын тулд оновчтой болгосон. Дөрөв дэх үеийн эх сурвалжуудыг авч үзэж байгаа бөгөөд үүнд маш их эрэлт хэрэгцээтэй, магадгүй хараахан бүтээгдээгүй туршилтуудад зориулсан хэт гялалзсан, импульс, хугацаатай бүтцийн рентген туяа үүсгэх төрөл бүрийн ойлголтуудыг багтаасан болно.
Анхны төхөөрөмжүүд
Эхэндээ энэ цацрагийг үүсгэхийн тулд хурдасгуур дахь гулзайлтын цахилгаан соронзонг ашигладаг байсан ч заримдаа илүү хүчтэй гэрэлтүүлгийн эффектийг бий болгохын тулд бусад тусгай төхөөрөмж болох оруулах төхөөрөмжийг ашигладаг байв. Синхротроны цацрагийн дифракцийн аргууд (гурав дахь үе) нь ихэвчлэн хадгалах цагирагийн шулуун хэсгүүдэд үечилсэн цацраг агуулсан эх үүсвэрийн төхөөрөмжөөс хамаардаг.электронуудыг синусоид эсвэл спираль замаар хөдөлгөдөг соронзон бүтэц (ээлж буй N ба S туйл хэлбэрээр олон соронз агуулсан). Тиймээс, нэг гулзайлтын оронд нарийн тооцоолсон байрлал дахь олон арван эсвэл хэдэн зуун "эргэлт" нь цацрагийн нийт эрчмийг нэмж эсвэл үржүүлдэг. Эдгээр төхөөрөмжүүдийг wigglers эсвэл undulators гэж нэрлэдэг. Долгионт ба wiggler хоёрын гол ялгаа нь тэдгээрийн соронзон орны эрчим ба электронуудын шууд замаас хазайх далайц юм. Эдгээр бүх төхөөрөмж, механизмууд одоо Синхротрон цацрагийн төвд (АНУ) хадгалагдаж байна.
Холборлолт
Аккумлятор нь цацрагийн дэвсгэрийг орхиж, цацрагийн шугамыг дагаж туршилт хийгчийн вакуум камер руу орох нүхнүүдтэй. Ийм олон тооны цацраг нь орчин үеийн гурав дахь үеийн синхротрон цацрагийн төхөөрөмжөөс гарч ирж магадгүй юм.
Электроныг бодит хурдасгуураас гаргаж аваад нэмэлт хэт өндөр вакуум соронзон хадгалах санд хадгалах ба тэндээс олон удаа гаргаж авах (мөн дахин үйлдвэрлэх боломжтой). Бөгж дэх соронз нь электронуудын багцыг устгах хандлагатай "Куломын хүч" (эсвэл энгийнээр хэлбэл сансрын цэнэг) -ийн эсрэг цацрагийг дахин дахин шахах ёстой. Бөөмийн хурдасгуурт электронууд өндөр энерги, хурдатгалын өндөр хурдтай цацраг ялгаруулдаг тул чиглэлийг өөрчлөх нь хурдатгалын нэг хэлбэр юм. Дүрмээр бол синхротроны цацрагийн тод байдал нь мөн ижил хурдаас хамаарна.
