تابش سنکروترون

تاریخچه

پرونده:Syncrotron.png

تابش سنکروترون از الکترونهایی که عمود بر خطوط میدان مغناطیسی در یک مسیر دایره‌ای حرکت می‌کنند

این تابش را نخستین بار در سال ۱۹۴۸، فرانک الدر (Frank Elder)، روبرت لانگمویر (Robert Langmuir) و هربرت پولک (Herbert Pollack)، در هنگام آزمایش با یک سنکروترون الکترونی مشاهده کردند. در این دستگاه، الکترون در یک میدان مغناطیسی تا انرژی‌های نسبیتی شتاب می‌گرفت. آن‌ها متوجه شدند که الکترون در راستای لحظه‌ای حرکت خود و در یک مخروط باریک، نور مرئی تابش می‌کند. در اختر فیزیک، نخستین بار از تابش سنکروترون برای توضیح گسیل رادیویی راه شیری، سخن به میان آمد. این گسیل رادیویی را کارل جانسکی در سال ۱۹۳۱کشف کرده بود. طیف و دمای درخشایی بالای این تابش (بیش از ۱۰^۵ کلوین) با گسیل معمولی آزاد-آزاد گرمایی ناشی از گاز یونیده هم‌خوانی نداشت. در سال ۱۹۵۰، هانس آلفوِن (Hannes Alfvèn) و نیکلای هرلُف‌سان (Nicolai Herlofson)، به همراه کارل اوتو کیپن‌هوور (Karl-Otto Kiepenheuer) پیشنهاد کردند که زمینه‌ی رادیویی کهکشان به‌دلیل تابش سنکروترون می‌باشد. کیپن‌هوور اعتقاد داشت که الکترون‌های پرانرژیِ پرتو کیهانی در میدان مغناطیسی ضعیف کهکشان، تابش رادیویی گسیل می‌دارند. این توضیح درست از آب درآمده است. تابش سنکروترون، یک فرایند گسیل مهم در باقی‌مانده‌های ابرنواختری، کهکشان‌های رادیویی و اختروش‌ها نیز می‌باشد. این یک فرایند تابشی غیر گرمایی است، به عبارتی، انرژی الکترون‌‌‌‌‌‌‌‌های تابش کننده ناشی از حرکات گرمایی نیست.<ref> کتاب مبانی ستاره‌شناسی/ هانو کاتونن و همکاران/ مترجم: غلامرضا شاه‌علی/ انتشارات شاهچراغ </ref>

روش محاسبه

نیروی وارد بر یک ذره باردار به صورت زیر داده میشود:

اگر اکنون فرض کنیم که میدان الکتریکی صفر است نیروی لورنتز به دست می آید

اکنون اجازه دهید دو مؤلف V را مورد برسی‌ قرار دهیم(یعنی و نسبت به بردار B)

موازی

نیرو وجود ندارد و حرکت ذره یکنواخت است

عمود

نیرو وجود دارد و حرکت ذره دایره ای است نیرو مغناطیسی نیروی مرکز گراست . حرکت خالص ذره حلزونی می‌باشد با تغییر واحد‌ها به CGS برای ورود به C به معادلات ، نیروی لورنتز را برابر با نیروی مرکزگرا قرار میدهیم:

بنابراین

سر انجام بسامد سیکلوترونی را پیدا می‌کنیم

اگر تصور کنیم به الکترونی‌ نگاه می‌کنیم که در یک میدان مغناطیسی و در چهار چوبی حرکت می‌کند که چهار چوب جائی‌ در مسیر الکترون قرار دارد و با در حال حرکت است، آنگاه حرکت آن دایره ای و با بسامدی خواهد بود که هم اکنون بدست آوردیم . اگر از نقطه واقع در صفحه چرخش و خارج از دایره چرخش به الکترون نگاه کنیم. حرکت الکترون شبیه به یک نوسانگر هماهنگ با و همان بسامد به نظر می‌رسد. نظریه کلاسیکی الکترمغناطیس نشان میدهد که ذره باردار شتابدار تابش الکترو مغناطیسی منتشر می‌کند که بسامد آن برابر با بسامد حرکت الکترون است. بنابراین ، ما چنین تابشی‌ را میبینیم، و پلاریدگی خطی‌ ، بیضوی یا دایره ای آن بستگی به جهت ناظر دارد<ref> نجوم و اخترفیزیک مقدماتی جلد اول , زیلیک و گریگوری , ترجمه دکتر جمشید قنبری </ref>

منبع

<references />