Синхротронное излучение

Готовцев Александр

553гр

• Что такое синхротронное излучение и каковы его свойства?

• Почему излучение электронов в циклических ускорителях в последнее время стало основным инструментом в исследовании взаимодействия электромагнитного излучения с веществом?

• Об искусственных и природных источниках синхротронного излучения

Синхротронное излучение

• Синхротронное излучение - это электромагнитное излучение электронов или позитронов, ускоряемых в циклических ускорителях.

Свойства:

• 1) непрерывный спектр от инфракрасного до рентгеновской области;

• 2) высокая интенсивность;

• 3) острая направленность;

Преимущества перед ренгеновским излучением

1)Можно исследовать более тонкие слои вещества

2)Проводить анализ неставильных веществ

3)Широкий спектр излучения от глубокого УФИ до глубокого ИФИ

Получение синхротронного излучения

Синхротронное излучение получают с помощью ускорителей

Циклотрон

Циклотрон–циклический ускоритель нерелятивистских тяжёлых заряженных частиц (протонов, ионов), в котором частицы двигаются в постоянном и однородном магнитном поле, а для их ускорения используется высокочастотное электрическое поле неизменной частоты.

• Тяжелые заряженные частицы (протоны, ионы) попадают в камеру из инжектора вблизи центра камеры и ускоряются  переменным полем фиксированной частоты, приложенным к ускоряющим электродам (их два и они называются дуантами). Частицы с зарядом Ze и массой m движутся в постоянном магнитном поле напряженностью B, направленном перпендикулярно плоскости движения частиц, по раскручивающейся спирали.

• 1 источник тяжелых заряженных частиц (протонов, ионов),

• 2 орбита ускоряемой частицы,

• 3 ускоряющие электроды (дуанты),

• 4 генератор ускоряющего поля,

• 5 электромагнит. Стрелки показывают силовые линии магнитного поля). Они перпендикулярны плоскости верхнего рисунка

Первая работающая модель циклотрона

Ускоритель тяжелых ионов Лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова в Дубне

• Радиус R траектории частицы, имеющей скорость v, определяется формуло

• где y = [1 - (v/c)2]-1/2  – релятивистский фактор.В циклотроне для нерелятивистской ( y=1) частицы в постоянном и однородном магнитном поле радиус орбиты пропорционален скорости, а период обращения

• Недостатком циклотрона является то, что заряженные частицы в нем не могут быть ускорены до больших энергий

Синхрофазатрон

• Синхрофазотрон –циклический ускоритель представляет собой один из видов ускорителей заряженных частиц. Частицы в них разгоняют до больших скоростей и, следовательно, до высоких энергий. По результату их соударений с другими атомными частицами судят о строении и свойствах материи. Вероятность соударений определяется интенсивностью ускоренного пучка частиц, то есть количеством частиц в нем, поэтому интенсивность наряду с энергией — важный параметр ускорителя.

Синхрофазатронное излучение

Поворотный магнит

Излучение на прямолинейном участке

Излучение в ондуляторе

Ондулятор и поворотный магнит

Схема станции Си

Станции СИ

Вид на ускорительный центр

Fermilab, США.

Ускоритель во Франции

Ускоритель в г. Дубна

Распределение мощности СИ

• Распределение мощности СИ излучения напоминает распределение Планка для излучения абсолютно черного тела. Сравнивая в максимуме частоты излучения, находим, что для энергии электронов 1 Гэв эффективная температура имеет порядок 107 К.

Применение Си в медицине

• Медицина – другая область, в которой использование СИ позволяет улучшить традиционную рентгеновскую технику. Синхротронные изображения сердца, артерий и других органов позволяют существенно снизить дозу радиации, которую получает пациент в обычных рентгеновских исследованиях. Например,

Си и новые материалы

• Важное место занимают исследования биологических объектов и синтетических материалов. То, что синхротрон позволяет настраиваться практические на любые длины волн, дает широкие возможности для исследований в оптическом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне длин волн.

СИ и нанотехнологии

• Синхротронное излучение позволяет изучать более тонкие слои вещества, фотографировать отдельные атомы.