Wigo wa mionzi ya synchrotron si mzuri kiasi hicho. Hiyo ni, inaweza kugawanywa katika aina chache tu. Ikiwa chembe haina uhusiano, basi mionzi kama hiyo inaitwa chafu ya cyclotron. Ikiwa, kwa upande mwingine, chembe ni relativistic katika asili, basi mionzi inayotokana na mwingiliano wao wakati mwingine huitwa ultrarelativistic. Mionzi iliyosawazishwa inaweza kupatikana kwa njia ghushi (katika synchrotroni au pete za kuhifadhi) au kwa kawaida kutokana na elektroni za haraka zinazosonga kupitia sehemu za sumaku. Kwa hivyo mionzi inayotolewa ina mgawanyiko bainifu, na masafa yanayotolewa yanaweza kutofautiana katika wigo mzima wa sumakuumeme, pia huitwa mionzi endelevu.
Inafunguliwa
Hali hii ilipewa jina la jenereta ya synchrotron ya General Electric iliyojengwa mwaka wa 1946. Kuwepo kwake kulitangazwa Mei 1947 na wanasayansi Frank Elder, Anatoly Gurevich, Robert Langmuir na Herb. Pollock katika barua yake "Mionzi kutoka kwa elektroni kwenye synchrotron". Lakini huu ulikuwa ugunduzi wa kinadharia tu, utasoma kuhusu uchunguzi halisi wa kwanza wa jambo hili hapa chini.
Vyanzo
Wakati chembe za nishati ya juu ziko katika kuongeza kasi, ikijumuisha elektroni zinazolazimishwa kusogezwa kwenye njia iliyopinda kwa uga wa sumaku, mionzi ya synchrotroni hutolewa. Hii ni sawa na antena ya redio, lakini kwa tofauti ambayo kinadharia kasi ya relativistic itabadilisha mzunguko unaozingatiwa kutokana na athari ya Doppler na mgawo wa Lorentz γ. Ufupisho wa urefu wa relativitiki kisha hupiga mzunguko unaozingatiwa na sababu nyingine γ, na hivyo kuongeza mzunguko wa GHz wa cavity ya resonant ambayo huharakisha elektroni katika safu ya X-ray. Nguvu ya mionzi hubainishwa na fomula ya Larmor inayohusiana, na nguvu kwenye elektroni inayoangaziwa hubainishwa na nguvu ya Abraham-Lorentz-Dirac.
Vipengele vingine
Mchoro wa mionzi unaweza kupotoshwa kutoka kwa muundo wa dipole wa isotropiki hadi koni iliyoelekezwa zaidi ya mnururisho. Mionzi ya elektroni ya synchrotron ndicho chanzo bandia angavu zaidi cha X-rays.
Jiometri ya uongezaji kasi wa sayari inaonekana kufanya mionzi kuwa mstari wa polarized inapotazamwa katika ndege ya obiti na kugawanywa kwa mviringo inapotazamwa kwa pembe kidogo ya ndege hiyo. Amplitude na frequency, hata hivyo, zimejikita kwenye ecliptic ya ncha ya dunia.
Chanzo cha mionzi ya synchrotron pia ni chanzo cha mionzi ya sumakuumeme (EM), ambayo nipete ya kuhifadhi iliyoundwa kwa madhumuni ya kisayansi na kiufundi. Mionzi hii haitolewa tu na pete za kuhifadhi, lakini pia na viongeza kasi vingine vya chembe maalum, kwa kawaida kuongeza kasi ya elektroni. Pindi boriti ya elektroni yenye nishati ya juu inapotolewa, inaelekezwa kwa vipengee saidizi kama vile sumaku zinazopinda na vifaa vya kupachika (viunduzi au wigglers). Hutoa sehemu dhabiti za sumaku, miale ya pembeni, ambayo ni muhimu kubadilisha elektroni zenye nishati ya juu kuwa fotoni.
Matumizi ya mionzi ya synchrotron
Matumizi makuu ya mwanga wa synchrotron ni fizikia ya vitu vilivyofupishwa, sayansi ya nyenzo, biolojia na dawa. Majaribio mengi kwa kutumia mwanga wa synchrotron yanahusiana na utafiti wa muundo wa suala kutoka kwa kiwango cha nanometer ya muundo wa elektroniki hadi kiwango cha micrometer na millimeter, ambayo ni muhimu kwa picha ya matibabu. Mfano wa matumizi ya vitendo ya kiviwanda ni utengenezaji wa miundo midogo kwa kutumia mchakato wa LIGA.
Mionzi ya Synchrotron pia huzalishwa na vitu vya unajimu, kwa kawaida ambapo elektroni relativistic huzunguka (na hivyo kubadilisha kasi) kupitia sehemu za sumaku.
Historia
Mionzi hii iligunduliwa kwa mara ya kwanza katika roketi iliyorushwa na Messier 87 mwaka wa 1956 na Geoffrey R. Burbidge, ambaye aliiona kama uthibitisho wa utabiri wa Iosif Shklovsky mwaka wa 1953, lakini ilitabiriwa mapema na Hannes Alfven na Nikolai Herlofson katika 1950. Miale ya jua huharakisha chembeambayo hutoa kwa njia hii, kama ilivyopendekezwa na R. Giovanolli mnamo 1948 na kuelezewa kwa kina na Piddington mnamo 1952.
Nafasi
Mashimo meusi makubwa sana yanapendekezwa kuunda mionzi ya synchrotron kwa kusukuma jeti zinazoundwa na ayoni zinazoongeza kasi ya uvutano kupitia sehemu za ncha za ncha za "tubular" zilizo na rekodi kuu za sehemu za sumaku. Jeti kama hizo, za karibu zaidi kati yao katika Messier 87, zilitambuliwa na darubini ya Hubble kama ishara za juu zaidi zinazosonga kwa masafa ya 6 × s (mara sita ya kasi ya mwanga) kutoka kwa sura yetu ya sayari. Jambo hili linasababishwa na jets zinazosafiri karibu sana na kasi ya mwanga na kwa pembe ndogo sana kwa mwangalizi. Kwa sababu jeti za mwendo wa kasi hutoa mwanga katika kila sehemu kwenye njia yao, mwanga unaotoa haukaribii mwangalizi kwa kasi zaidi kuliko ndege yenyewe. Nuru inayotolewa kwa mamia ya miaka ya kusafiri hivyo humfikia mwangalizi kwa muda mfupi zaidi (miaka kumi au ishirini). Hakuna ukiukaji wa nadharia maalum ya uhusiano katika jambo hili.
Utoaji wa msukumo wa mionzi ya gamma kutoka kwenye nebula yenye mwangaza wa hadi ≧25 GeV imegunduliwa hivi majuzi, pengine kutokana na utoaji wa synchrotron na elektroni zilizonaswa katika uga sumaku wenye nguvu karibu na pulsar. Darasa la vyanzo vya astronomia ambapo utoaji wa synchrotron ni muhimu ni nebulae ya upepo wa pulsar, au plerioni, ambayo Nebula ya Crab na pulsar inayohusishwa nayo ni archetypal. Mgawanyiko katika Nebula ya Kaa katika nishati kati ya 0.1 na 1.0 MeV ni mionzi ya kawaida ya synchrotroni.
Kwa ufupi kuhusu kukokotoa na kugongana
Katika milinganyo kuhusu somo hili, maneno maalum au thamani mara nyingi huandikwa, zikiashiria chembe zinazounda kile kinachoitwa uga wa kasi. Masharti haya yanawakilisha athari ya uga tuli wa chembe, ambayo ni utendaji wa sehemu ya sifuri au kasi isiyobadilika ya mwendo wake. Kinyume chake, muhula wa pili huanguka kama mrejesho wa nguvu ya kwanza ya umbali kutoka kwa chanzo, na maneno mengine huitwa uwanja wa kuongeza kasi au uwanja wa mionzi kwa sababu ni sehemu za uwanja kwa sababu ya kuongeza kasi ya malipo. mabadiliko ya kasi).
Kwa hivyo, nguvu ya mionzi hupimwa kama nishati ya nguvu ya nne. Mionzi hii hupunguza nishati ya mgongano wa mviringo wa elektroni-positron. Kwa kawaida, migongano ya protoni badala yake imezuiliwa na uga wa juu wa sumaku. Kwa hivyo, kwa mfano, Collider Kubwa ya Hadron ina kitovu cha nishati ya wingi mara 70 zaidi ya kiongeza kasi cha chembe nyingine yoyote, hata kama uzito wa protoni ni mara 2000 ya elektroni.
istilahi
Nyuga tofauti za sayansi mara nyingi huwa na njia tofauti za kufafanua istilahi. Kwa bahati mbaya, katika uwanja wa X-rays, maneno kadhaa yanamaanisha kitu sawa na "mionzi". Waandishi wengine hutumia neno "mwangaza", ambalo hapo awali lilitumiwa kurejelea mwangaza wa picha, au lilitumiwa vibaya kwauteuzi wa mionzi ya radiometric. Uzito unamaanisha msongamano wa nguvu kwa kila eneo la kitengo, lakini kwa vyanzo vya X-ray kwa kawaida humaanisha uzuri.
Mfumo wa utokeaji
Mionzi ya Synchrotron inaweza kutokea katika vichapuzi ama kama hitilafu isiyotarajiwa, na kusababisha hasara ya nishati isiyotakikana katika muktadha wa fizikia ya chembe, au kama chanzo cha mionzi kilichoundwa kimakusudi kwa matumizi mengi ya maabara. Elektroni huharakishwa hadi kasi ya juu katika hatua kadhaa ili kufikia nishati ya mwisho ambayo kwa kawaida iko katika safu ya gigaelectronvolt. Elektroni zinalazimika kuhamia kwenye njia iliyofungwa na mashamba yenye nguvu ya sumaku. Ni sawa na antenna ya redio, lakini kwa tofauti kwamba kasi ya relativistic inabadilisha mzunguko unaozingatiwa kutokana na athari ya Doppler. Mkazo wa Lorentz wa Relativistic huathiri mzunguko wa gigahertz, na hivyo kuizidisha katika matundu ya resonant ambayo huharakisha elektroni kwenye safu ya X-ray. Athari nyingine ya kushangaza ya uhusiano ni kwamba muundo wa mionzi umepotoshwa kutoka kwa muundo wa dipole wa isotropiki unaotarajiwa kutoka kwa nadharia isiyo ya uhusiano hadi koni ya mionzi iliyoelekezwa sana. Hii inafanya diffraction ya mionzi ya synchrotron kuwa njia bora ya kuunda X-rays. Jiometri ya kuongeza kasi tambarare hufanya mionzi iwe ya mgawanyiko kwa mstari inapotazamwa katika ndege ya obiti na huleta mgawanyiko wa duara unapotazamwa kwa pembe kidogo ya ndege hii.
Matumizi mbalimbali
Faida za kutumiamionzi ya synchrotron ya taswira na utofautishaji imetekelezwa na jumuiya ya wanasayansi inayokua kila mara tangu miaka ya 1960 na 1970. Hapo awali, vichapuzi viliundwa kwa fizikia ya chembe. "Njia ya vimelea" ilitumia mionzi ya synchrotron, ambapo mionzi ya sumaku ya kupinda ilipaswa kutolewa kwa kuchimba mashimo ya ziada kwenye zilizopo za boriti. Pete ya kwanza ya kuhifadhi iliyoletwa kama chanzo cha mwanga cha synchrotron ilikuwa Tantalus, ambayo ilizinduliwa kwa mara ya kwanza mnamo 1968. Kadiri mionzi ya kichapuzi ilivyozidi kuwa kali na matumizi yake yakawa ya kutegemewa zaidi, vifaa ambavyo viliboresha ukali wake vilijengwa ndani ya pete zilizopo. Njia ya utengano wa mionzi ya synchrotron ilitengenezwa na kuboreshwa tangu mwanzo ili kupata X-rays ya hali ya juu. Vyanzo vya kizazi cha nne vinazingatiwa, ambavyo vitajumuisha dhana mbalimbali za kuunda X-ray ya miundo yenye kung'aa zaidi, inayopigika, iliyopitwa na wakati kwa mahitaji makubwa na labda majaribio ambayo bado hayajaundwa.
Vifaa vya kwanza
Mwanzoni, sumaku-umeme zinazopinda katika vichapuzi zilitumiwa kuzalisha mionzi hii, lakini vifaa vingine maalum, vifaa vya kupachika, vilitumiwa wakati mwingine kuunda athari kubwa ya mwanga. Mbinu za utengano wa mionzi ya synchrotron (kizazi cha tatu) hutegemea vifaa vya chanzo, ambapo sehemu zilizonyooka za pete ya uhifadhi huwa na vipindi vya muda.miundo ya sumaku (iliyo na sumaku nyingi kwa namna ya miti ya N na S inayobadilishana) ambayo husababisha elektroni kuhamia kwenye njia ya sinusoidal au ond. Kwa hivyo, badala ya bend moja, makumi au mamia mengi ya "swirls" katika nafasi zilizohesabiwa kwa usahihi huongeza au kuzidisha ukubwa wa jumla wa boriti. Vifaa hivi huitwa wigglers au undulators. Tofauti kuu kati ya undulator na wiggler ni ukubwa wa uwanja wao wa magnetic na amplitude ya kupotoka kutoka kwa njia ya moja kwa moja ya elektroni. Vifaa na mitambo hii yote sasa imehifadhiwa katika Kituo cha Mionzi ya Synchrotron (USA).
Uchimbaji
Kikusanyaji kina mashimo yanayoruhusu chembechembe kuondoka kwenye usuli wa mionzi na kufuata mstari wa boriti hadi kwenye chemba ya utupu ya anayejaribu. Idadi kubwa ya miale kama hii inaweza kutoka kwa vifaa vya kisasa vya mionzi ya synchrotron ya kizazi cha tatu.
Elektroni zinaweza kutolewa kutoka kwa kichapuzi halisi na kuhifadhiwa kwenye hifadhi ya sumaku ya utupu ya juu zaidi, ambapo zinaweza kutolewa (na ambapo zinaweza kutolewa tena) mara nyingi. Sumaku katika pete lazima pia kurudia recompress boriti dhidi ya "Vikosi vya Coulomb" (au, kwa urahisi zaidi, malipo ya nafasi) ambayo huwa na kuharibu makundi ya elektroni. Mabadiliko ya mwelekeo ni aina ya kuongeza kasi, kwa sababu elektroni hutoa mionzi kwa nishati ya juu na kasi ya juu ya kuongeza kasi katika accelerator ya chembe. Kama kanuni, mwangaza wa mionzi ya synchrotron pia inategemea kasi sawa.
