إشعاع السنكروترون

# وسم · @ مؤلف · ! عالم

عند دخول الإلكترونات النسبوية مجالًا مغناطيسيًا، تتعرض لتسارع عمودي على سرعتها، وتُصدر أمواجًا كهرطيسية. وبسبب السرعة العالية، يتركز الإشعاع في مخروط ضيق باتجاه الحركة. طيف إشعاع السنكروترون عريض — يمتد من الترددات الراديوية إلى الأشعة السينية. وتزداد قدرة الإشعاع بازدياد طاقة الجسيم وشدة المجال.

التاريخ

لوحظ لأول مرة عام 1947 من قبل مهندسين على المسرع السنكروتروني عندما شاهدوا توهجًا لامعًا.

كيف يعمل

يجعل المجال المغناطيسي الإلكترونات تتحرك في مسار دائري، فينحني مسارها وتفقد طاقة عبر إصدار فوتونات (جسيمات ضوئية). يخرج هذا الضوء في حزمة ضيقة نحو الأمام، كضوء الكشاف.

💡 إشعاع السنكروترون الصادر عن النفاثات العملاقة في الثقوب السوداء شديد القوة لدرجة أنه يُرى بالمقرابات عبر مليارات السنين الضوئية.

إشعاع السنكروترون هو إشعاع كهرطيسي تُصدره جسيمات مشحونة فوق نسبوية تتحرك في مجال مغناطيسي بمسارات منحنية. وهو في الفيزياء الفلكية الآلية الرئيسة لإشعاع المجرات الراديوية وبقايا المستعرات العظمى وأقراص التراكم. يكون الإشعاع عالي الاستقطاب وله طيف من نمط قانون القوة I_ν ∝ ν^α، حيث تقارب α النموذجية −0.7. توصف الآلية ضمن الإلكتروديناميك الكلاسيكي لشحنة تتحرك بسرعة نسبوية. ويؤدي كل من تأثير دوبلر وانحراف الضوء دورًا مهمًا في حصر الإشعاع في مخروط ضيق.

التاريخ

توقّع نظريًا عام 1944 من قبل د. إيفانينكو وإ. بوميرانشوك، وكذلك ج. شوينجر. وكُشف تجريبيًا عام 1947 من قبل ف. هـ. بولوك ومجموعة مهندسي شركة جنرال إلكتريك على سنكروترون بطاقة 70 ميغا إلكترون فولت. وأُدخل إلى الاستعمال الفيزيائي الفلكي في خمسينيات القرن العشرين بفضل أعمال ف. ل. غينزبورغ وآخرين. ويرتبط بمعادلات ماكسويل التي أرست أساس فهم الإشعاع الكهرطيسي.

كيف يعمل

عندما يتحرك جسيم مشحون بسرعة نسبوية v في مجال مغناطيسي B، فإنه يتعرض لقوة لورنتس التي تُحدث تسارعًا مركزيًا a = (e v B)/(γ m). ووفق معادلات ماكسويل، تشع الشحنة المتسارعة أمواجًا كهرطيسية. وبالنسبة للجسيمات فوق النسبوية (γ ≫ 1)، يكون الإشعاع منحرفًا بشدة نحو الأمام بسبب التحويل النسبوي للزوايا. يبلغ طيف إشعاع الإلكترون الواحد ذروته عند التردد ν_c = (3/4π) (e B / m_e c) γ^2، بينما تعطي مجموعة من الجسيمات ذات توزع طاقي طيفًا من نمط قانون القوة. وفي المصادر الفيزيائية الفلكية، كثيرًا ما يقترن إشعاع السنكروترون بتشتت كومبتون العكسي.

P = \frac{2}{3} \frac{e^4 B^2}{m_e^2 c^5} E^2

P — الاستطاعة المشعة (واط)، e — الشحنة الأولية (≈1.6×10^{-19} كولوم)، B — تحريض المجال المغناطيسي (تسلا)، m_e — كتلة الإلكترون (≈9.11×10^{-31} كغ)، c — سرعة الضوء (≈3×10^8 م/ث)، E — الطاقة الحركية للإلكترون (جول).

\nu_c = \frac{3}{4\pi} \frac{e B}{m_e c} \gamma^2

ν_c — التردد (هرتز) الذي ينقطع عنده الطيف؛ e و B و m_e و c كما سلف؛ γ — عامل لورنتس للجسيم (γ = 1/\sqrt{1 - v^2/c^2}).

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

آليات تسريع الجسيمات إلى طاقات فوق نسبوية في المصادر الكونية; دور إشعاع السنكروترون في تبريد الجسيمات والتغذية الراجعة على ديناميك تيارات التراكم; درجة حرارة السطوع الحدية لمنابع السنكروترون ومشكلة المنابع الراديوية المتراصة

💡 إشعاع السنكروترون ساطع لدرجة أن الحزم في حلقات التخزين الحديثة تفقد استطاعة تصل إلى بضع ميغاواط، مما يستلزم تبريدًا ويُؤخذ بالحسبان عند تصميم المركبات الفضائية.

لا مقالات بعد

إشعاع السنكروترون

التاريخ

كيف يعمل

التاريخ

كيف يعمل

التاريخ

كيف يعمل

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

مقالات ذات صلة