同步加速辐射

更新时间:2024-06-29 23:12

同步加速辐射是带电粒子的运动速度接近光速(v≈c)在电磁场中偏转时,沿运动的切线方向发出的一种电磁辐射,最先在电子同步加速器上发现,故得此名,又称同步加速器辐射。它与回旋辐射(由回旋加速器产生的辐射)类似,区别是同步辐射中的电子速度更高,已接近光速,要考虑相对论效应。

简介

这种辐射的特点是:①辐射功率强。②方向性强:辐射主要限制在以电子运动方向为轴线的、半张角的窄小角锥之内,γ越大,角锥越窄小。③辐射具有连续谱:极大频率。故γ越大,极大频率越高。④显著的偏振特性。一般在螺旋轨道运动时,辐射是椭圆偏振的。

在天体物理中,同步加速辐射是一种重要的辐射机制。目前普遍认为,很多具有幂律谱形式的、有偏振特性的非热宇宙射电辐射正是这种同步加速辐射,例如射电星系、一般星系和超新星遗迹的射电辐射等。在太阳的射电辐射中也观测到同步加速辐射。此外,在蟹状星云、某些射电星系和类星体中,还观测到可见光和 X射线的同步加速辐射。

功率

同步辐射的总功率可以表示成:

其中,ρ是粒子运动的轨道半径,运动速率。上式表明,对于给定轨道半径和速率的粒子,其同步辐射的功率与粒子能量的四次方成正比,与质量的四次方成反比。

在给定磁场的情况下,同步辐射的总功率可以表示成:

上式采用高斯单位制,是电子经典半径,α是电子速率与磁场的夹角。可见,对于相对论性电子,β≈1,同步辐射的功率与电子能量γ的平方成正比。对于具有各向同性速度分布的电子,平均辐射功率:

谱分布

在圆轨道的情况下,同步辐射的谱分布与回旋辐射类似。

辐射寿命

电子由于同步辐射而损失能量。损失大部分能量的时间为同步辐射的辐射寿命:

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