Циклотронное излучение
Циклотронное излучение — это электромагнитное излучение , испускаемое нерелятивистскими ускоряющими заряженными частицами, отклоняемыми магнитным полем . [1] Сила Лоренца на частицы действует перпендикулярно как силовым линиям магнитного поля, так и движению частиц через них, создавая ускорение заряженных частиц, которое заставляет их излучать излучение в результате ускорения, которому они подвергаются, когда они вращаются по спирали. линии магнитного поля.
Название этого излучения происходит от циклотрона , типа ускорителя частиц , используемого с 1930-х годов для создания высокоэнергетических частиц для изучения. Циклотрон использует круговые орбиты, которые заряженные частицы демонстрируют в однородном магнитном поле. Кроме того, период обращения не зависит от энергии частиц, что позволяет циклотрону работать на заданной частоте . Циклотронное излучение испускается всеми заряженными частицами, движущимися через магнитные поля, а не только в циклотронах. Циклотронное излучение плазмы межзвездной среды или вокруг черных дыри других астрономических явлений является важным источником информации о далеких магнитных полях. [2] [3]
где E — энергия, t — время, — томсоновское сечение (полное, а не дифференциальное), B — напряженность магнитного поля, v — скорость, перпендикулярная магнитному полю, c — скорость света , — магнитная проницаемость свободного космос .
Циклотронное излучение имеет спектр с основным пиком на той же основной частоте, что и орбита частицы, и гармониками с более высокими интегральными коэффициентами. Гармоники являются результатом несовершенства фактической среды излучения, что также приводит к расширению спектральных линий . [5] Наиболее очевидным источником уширения линий являются неоднородности магнитного поля; [6] при переходе электрона из одной области поля в другую частота его излучения будет изменяться в зависимости от напряженности поля. Другие источники уширения включают столкновительное уширение [7]поскольку электрон неизменно не будет следовать идеальной орбите, искажениям излучения, вызванным взаимодействиями с окружающей плазмой, и релятивистскими эффектами, если заряженные частицы достаточно энергичны. Когда электроны движутся с релятивистскими скоростями, циклотронное излучение известно как синхротронное излучение .
Отдача, испытываемая частицей, испускающей циклотронное излучение, называется реакцией излучения . Радиационная реакция действует как сопротивление движению в циклотроне; и работа, необходимая для его преодоления, составляет основную энергетическую стоимость ускорения частицы в циклотроне. Циклотроны являются яркими примерами систем, которые испытывают радиационную реакцию.
В контексте энергии магнитного синтеза потери на циклотронное излучение превращаются в требование минимальной плотности энергии плазмы по отношению к плотности энергии магнитного поля.