Переходное излучение ( TR ) - это форма электромагнитного излучения, излучаемого, когда заряженная частица проходит через неоднородную среду, такую как граница между двумя различными средами. Это в отличии от Черенкова , которое происходит , когда заряженная частица проходит через однородную диэлектрическую среду с большей скоростью , чем фазовая скорость от электромагнитных волн в этой среде.
История
Переходное излучение было теоретически продемонстрировано Гинзбургом и Франком в 1945 году. [1] Они показали существование переходного излучения, когда заряженная частица перпендикулярно проходила через границу между двумя различными однородными средами. Частота излучения, испускаемого в обратном направлении относительно частицы, находилась в основном в диапазоне видимого света . Интенсивность излучения была логарифмически пропорционально фактору Лоренца частицы. После первого наблюдения переходного излучения в оптической области [2] многие ранние исследования показали, что применение оптического переходного излучения для обнаружения и идентификации отдельных частиц, по-видимому, сильно ограничено из-за присущей ему низкой интенсивности излучения. .
Интерес к переходному излучению возобновился, когда Гарибиан показал, что излучение должно появиться и в рентгеновской области для ультрарелятивистских частиц. Его теория предсказала некоторые замечательные особенности переходного излучения в рентгеновской области. [3] В 1959 году Гарибиан теоретически показал, что потери энергии ультрарелятивистской частицы при испускании TR при прохождении границы между средой и вакуумом прямо пропорциональны фактору Лоренца частицы. [4] Теоретическое открытие рентгеновского переходного излучения, которое было прямо пропорционально фактору Лоренца, сделало возможным дальнейшее использование TR в физике высоких энергий . [5]
Таким образом, с 1959 г. начались интенсивные теоретические и экспериментальные исследования ТИ, в частности рентгеновского ТИ. [6] [7]
Переходное излучение в рентгеновской области
Переходное излучение в рентгеновской области ( TR ) создается релятивистскими заряженными частицами, когда они пересекают границу раздела двух сред с разными диэлектрическими постоянными . Испускаемое излучение представляет собой однородную разность между двумя неоднородными решениями уравнений Максвелла электрического и магнитного полей движущейся частицы в каждой среде отдельно. Другими словами, поскольку электрическое поле частицы различно в каждой среде, частица должна «стряхнуть» разницу, когда она пересекает границу. Полная потеря энергии заряженной частицы при переходе зависит от ее лоренц-фактора γ = E / mc 2 и в основном направлена вперед, достигая максимума под углом порядка 1 / γ относительно пути частицы. Интенсивность испускаемого излучения примерно пропорциональна энергии частицы E .
Излучение оптического перехода испускается как в прямом направлении, так и отражается от поверхности раздела. В случае фольги, имеющей угол 45 градусов по отношению к пучку частиц, форму пучка частиц можно визуально увидеть под углом 90 градусов. Более тщательный анализ испускаемого визуального излучения может позволить определить γ и коэффициент излучения.
В приближении релятивистского движения (), малые углы () и высокой частоты () энергетический спектр можно выразить как: [8]
Где - заряд атома, это заряд электрона, - фактор Лоренца ,- частота плазмы . Это расходится на низких частотах, где приближения не работают. Общая излучаемая энергия составляет:
Характеристики этого электромагнитного излучения делают его пригодным для дискриминации частиц, особенно электронов и адронов в диапазоне импульсов между1 ГэВ / c и100 ГэВ / c . Фотоны переходного излучения, создаваемые электронами, имеют длины волн в рентгеновском диапазоне с энергией, как правило, в диапазоне от 5 до15 кэВ . Однако количество генерируемых фотонов на пересечение границы раздела очень мало: для частиц с γ = 2 × 10 3 регистрируется около 0,8 рентгеновских фотонов. Обычно несколько слоев чередующихся материалов или композитов используются для сбора достаточного количества фотонов переходного излучения для адекватного измерения - например, один слой инертного материала, за которым следует один слой детектора (например, микрополосковая газовая камера) и так далее.
Путем размещения границ раздела (фольги) очень точной толщины и разделения фольги эффекты когерентности изменят спектральные и угловые характеристики переходного излучения . Это позволяет получить гораздо большее количество фотонов в меньшем угловом «объеме». Применение этого источника рентгеновского излучения ограничено тем фактом, что излучение излучается конусом с минимальной интенсивностью в центре. Устройства для фокусировки рентгеновских лучей (кристаллы / зеркала) нелегко построить для таких диаграмм направленности.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ В.Л.Гинзбург и И.М.Фрэнк «Излучение равномерно движущегося электрона из-за его перехода из одной среды в другую» , ЖЭТФ (СССР) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. СССР 9 (1945) 353-362
- ^ P.Goldsmith и JVJelley, "Оптическое переходное излучение от протонов, попадающих на металлические поверхности" , Philos.Mag. 4 (1959) 836
- ^ Г.М.Гарибян "Вклад в теорию переходного излучения" , ЖЭТФ (СССР) 33 (1957) 1403; ЖЭТФ 6 (1958) 1079
- ^ Г.М.Гарибян "Эффекты переходного излучения в потерях энергии частицами" , ЖЭТФ (СССР) 37 (1959) 527-533; ЖЭТФ 10 (1960) 372
- ^ Борис Долгошеин "Детекторы переходного излучения" , Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A326 (1993) 434-469
- ^ "Годовой отчет о проделанной работе Отдела физики здоровья" , Национальная лаборатория Ок-Ридж, стр.137, 1959
- ^ "Некоторые новые разработки детекторов переходного излучения" LC Yuan , Брукхейвенская национальная лаборатория, стр. 2, Аптон, Нью-Йорк, США и ЦЕРН, Женева, Швейцария
- ^ Джексон, Джон (1999). Классическая электродинамика . John Wiley & Sons, Inc., стр. 646–654. ISBN 978-0-471-30932-1.
Источники
- Явление интерференции в оптическом переходном излучении и его применение для диагностики пучка частиц и измерений многократного рассеяния, Л. Вартски и др., Журнал прикладной физики - август 1975 г. - том 46, выпуск 8, стр. 3644-3653 .
Внешние ссылки
- Статья о переходном излучении