В.К. Гришин
Коротко описуються види та джерела жорсткого електромагнітного випромінювання (ультрафіолетове, рентгенівський і гамма діапазон), широко використовувані нині в різноманітних фундаментальних дослідженнях і технічних додатках.
Основним джерелом жорсткого електромагнітного випромінювання (ЕМВ) є пучки прискорених заряджених частинок, що використовуються в різних фізичних схемах, де проявляються специфічні радіаційні механізми, коротко описуються нижче. Використовувані параметри швидких частинок: заряд, маса, швидкість, релятивістський фактор, рівний відношенню повної енергії до енергії спокою. У схемах з взаємодією швидких зарядів з конденсованими середовищами останні характеризуються величиною діелектричної проникності, уявна частина якої передбачається малої, а середовище - прозорою для генерованого ЕМІ.
- Гальмівне випромінювання (Bremsstrahlung Radiation) - (ЕМВ), що виникає при взаємодії швидкої зарядженої частинки, подібних електрону, з атомними ядрами.
Властивості: безпорогове; різко пригнічується для важких зарядів; безперервний спектр з максимальною енергією, яка дорівнює кінетичної енергії електрона; кут конуса випромінювання не перевищує зворотної величини релятівіcтского фактора швидкого заряду. - Синхротронне (магнітно-гальмівне) випромінювання (Synchrotron Radiation) - ЕМІ швидкого заряду (електрона) в магнітному полі.
Властивості: безпорогове, але різко пригнічується для важких зарядів; лінійчатий спектр в рентгенівському діапазоні з максимальною частотою ЕМІ порядку частоти циркуляції заряду (в магнітному полі), помноженої на куб релятівіcтского фактора швидкого заряду; кут конуса випромінювання не перевищує зворотної величини релятівіcтского фактора. - Ондуляторное випромінювання (Undulator Radiation) - ЕМІ швидкого електрона при прольоті знакі-змінного магнітного поля ондулятора (вігглера), де електрон відчуває швидкі поперечні осциляції c заданої просторової періодичністю.
Властивості: безперервний спектр з перебудовується довжиною хвилі випромінювання з мінімальною величиною, рівною довжині хвилі осциляції (електрона в ондулятором), поділеній на квадрат релятивистского фактора; кут конуса випромінювання не перевищує зворотної величини релятівіcтского фактора. - Випромінювання Черенкова (Cherenkov radiation) - ЕМІ при русі заряду в середовищі, коли її швидкість перевищує швидкість світла в середовищі.
Властивості: порогове; зникає, коли швидкість заряду стає менше швидкості світла в середовищі; спектр інтенсивності ЕМВ монотонно зростає до граничної частоти, коли швидкості заряду і світло в середовищі порівнюються (діапазон ультрафіолету); косинус кута конуса випромінювання визначається відношенням зазначених швидкостей. - Поляризаційне гальмівне випромінювання (Polarization Bremsstrahlung Radiation) - ЕМІ, що виникає при взаємодії швидкого заряду з атомними електронами і розглядається як процес розсіювання власного ( "кулонівського") поля швидкого заряду на атомних електронах.
Властивості: безпорогове; не залежить від маси швидкої частинки; безперервний спектр в рентгенівському діапазоні. - Перехідне випромінювання (Transition radiation) - ЕМІ, що виникає при прольоті заряду через (або поблизу) неоднорідну область простору (неоднорідна діелектрична постійна, межа середовищ і т.п.).
Властивості: безпорогове; заряд будь-якої маси; складається з проходить і відбитого випромінювань; кути конусів випромінювання (з характерним придушенням випромінювання уздовж осей) не перевищують зворотної величини релятівіcтского фактора; спектри випромінювання - безперервні з практично постійною інтенсивністю з максимальними частотами порядку плазмової частоти середовища, помноженої для проходить ЕМІ на релятивістський фактор - Резонансне випромінювання (Resonant Radiation) - ЕМІ, що виникає в результаті інтерференції перехідного випромінювання на кордонах періодичних неоднорідностей (наприклад, діелектричних або металевих фольги) середовища.
Властивості: випромінювання направлено в основному уздовж швидкості електрона в вузькому будці з розчином, що не перевищує зворотної величини релятівіcтского фактора; частота хвилі випромінювання - порядку частоти перетину електроном періодичних неоднорідностей, помноженої на подвоєний квадрат релятивистского фактора; завдяки інтерференції інтенсивність ЕМІ істотно зростає в порівнянні з однословной схемою. - Параметричне випромінювання (Parametric Radiation) - ЕМІ швидкого заряду при перетині ним регулярної структури кристалічних площин.
Властивості: безпорогове; не залежить від маси швидкого заряду; випромінюється (в залежності від орієнтації кристала) назад (геометрія Брегга) або вперед (геометрія Лауе) під кутами Брегга; кути конусів випромінювання (з характерним придушенням випромінювання уздовж осей) не перевищують зворотної величини релятівіcтского фактора; частота випромінювання лежить в рентгенівському діапазоні і визначається взаємною орієнтацією швидкості електрона і вектором оберненої гратки кристала і її параметрами, тобто практично не залежить від енергії швидкого заряду. - Випромінювання Сміта-Парселла (Smith-Purcell Radiation) - ЕМІ швидкого електрона при прольоті уздовж дифракційної решітки.
Властивості: з фізики явищ - близько до ондуляторному; спектр лежить в THz діапазоні. - Каналірованное випромінювання (Channeling Radiation) - ЕМІ швидких електронів (позитронів), каналірованних в кристалах (площинне і осьовий каналювання) і здійснюють поперечні осциляції.
Властивості: дискретний спектр в рентгенівському діапазоні; складається з ряду ліній (для позитронів - практично одна лінія), відповідних кінцевого числа квантових станів поперечного руху швидких електронів; кут конуса випромінювання не перевищує зворотної величини релятівіcтского фактора швидкого заряду.
Нижче дається більш детальний опис властивостей видів ЕМВ, найбільш часто використовуваних на практиці.
ЛІТЕРАТУРА
- Л.Д.Ландау, Е.М.Ліфшіц. Електродинаміка суцільних середовищ .- М .: Наука. +1982.
- А.А.Соколов, І.М.Тернов. Релятивістський електрон.- М .: Наука. 1 983.
- Е.Г.Бессонов, А.В. Виноградов // УФН. Т. 159. В. 1. С. 143 -154.
- В.А.Базилев, Н.К. Жеваго. Випромінювання швидких частинок в речовині і в зовнішніх полях. - М .: Наука. 1987.
- В.В.Балашов. Будова речовини. - М .: Изд. МГУ. +1993.
- К.Н.Мухін. Експериментальна ядерна фізика. Т. 1.- М .: Атомізд. 1974.
