回旋加速器輻射和同步加速器輻射當帶電粒子（通常是電子）垂直注入均勻的恆磁場繞磁力線作圓周運動時，即使粒子的速率恆定，它也具有向心加速度，從而產生電磁輻射。由非相對論性(vc)低能電子發射的，叫回旋加速器輻射，由相對論性(v≈c)高能電子發射的，叫同步加速器輻射。它們首先是在回旋加速器和同步加速器中被觀察到的，因而得名。有的文獻中將兩者統稱回旋加速器輻射，蘇聯文獻中常稱為磁軔致輻射。
基本介紹
- 中文名：回旋加速器輻射和同步加速器輻射
- 別名：磁軔致輻射
- 對象：電子
- 類別：輻射
正文,特徵,參考書目,
正文
當帶電粒子（通常是電子）垂直注入均勻的恆磁場繞磁力線作圓周運動時,即使粒子的速率恆定,它也具有向心加速度，從而產生電磁輻射。由非相對論性(vc)低能電子發射的，叫回旋加速器輻射，由相對論性(v≈c)高能電子發射的，叫同步加速器輻射。它們首先是在回旋加速器和同步加速器中被觀察到的，因而得名。有的文獻中將兩者統稱回旋加速器輻射，蘇聯文獻中常稱為磁軔致輻射。
此兩種輻射的偏振狀態相似，都在垂直於磁場的方向上線偏振，在沿磁場的方向上圓偏振，在斜方向上一般是橢圓偏振（見光的偏振）。
兩種輻射的頻譜和角分布的特點有很大不同。回旋加速器輻射的譜是由拉莫爾角頻率Ω0,及其諧頻組成的分立譜(e和m0分別是電子的電荷和靜止質量,B為磁感應強度，с為光速)。能量主要集中在基頻,諧頻成分極弱；輻射的方向性不強。相對論性電子的能量為γm0с2, 其中v是電子速度。 由於相對論效應,隨著電子能量的增大，電子的質量m=m0γ增大，拉莫爾角頻率的數值減小，並因電子速度上的差異而有所分散，從而使回旋加速器輻射的譜線間隔減小，線寬加大。在極端相對論性條件下，輻射譜變為連續的，這便是同步加速器輻射。
此兩種輻射的偏振狀態相似，都在垂直於磁場的方向上線偏振，在沿磁場的方向上圓偏振，在斜方向上一般是橢圓偏振（見光的偏振）。
兩種輻射的頻譜和角分布的特點有很大不同。回旋加速器輻射的譜是由拉莫爾角頻率Ω0,及其諧頻組成的分立譜(e和m0分別是電子的電荷和靜止質量,B為磁感應強度，с為光速)。能量主要集中在基頻,諧頻成分極弱；輻射的方向性不強。相對論性電子的能量為γm0с2, 其中v是電子速度。 由於相對論效應,隨著電子能量的增大，電子的質量m=m0γ增大，拉莫爾角頻率的數值減小，並因電子速度上的差異而有所分散，從而使回旋加速器輻射的譜線間隔減小，線寬加大。在極端相對論性條件下，輻射譜變為連續的，這便是同步加速器輻射。
特徵
與回旋加速器輻射相比，同步加速器輻射具有以下一些不同的特徵：
① 存在一個臨界角頻率(R為粒子軌道半徑),在其附近能譜有極大值。ωωc時,輻射功率譜正比於ω時；ωωc時，正比於
① 存在一個臨界角頻率(R為粒子軌道半徑),在其附近能譜有極大值。ωωc時,輻射功率譜正比於ω時；ωωc時，正比於
(ω/ωc)┩exp(-ω/ωc)。
隨著γ 的增大，能譜的極大值向更高級的諧頻轉移。
② 對於給定的磁場，總輻射功率正比於γ2；對於給定軌道半徑，它正比於γ4，即總輻射功率隨粒子能量的增大而急劇增強。
③ 輻射的方向性極強，它像探照燈似地分布在以粒子運動方向為軸的極窄角錐內,錐的半角寬度θ～1/γ（見圖）。 電子迴旋運動產生電磁輻射的最早理論研究要追溯到20世紀初，G.A.肖脫於1912年計算了經典原子模型的輻射。40年代,Д.Д.伊萬年科和И.Я.坡密朗丘克以及J.S.施溫格曾考慮了這類輻射對設計圓形粒子加速器的重要性。爾後朱洪元(1948)和施溫格(1949)發展了有關回旋加速器輻射的理論，這些理論公式已列入標準的教科書。理論計算表明，同步加速器中帶電粒子能量U因輻射而產生的損耗率為q為電荷。此式表明,隨U的增加極快。此外,對於質量小的電子,這種輻射消耗特別嚴重(∞m0-4)。這種輻射是高能圓形軌道加速器中最主要的能量損失機制。為了減少它，通常要採用很大的半徑R。
同步加速器輻射為人們提供了一種高度準直並可連續調諧的強光光源。特別是在真空紫外和X射線波段,尚無可用的雷射器與之匹敵。50年代同步加速器輻射已被廣泛研究,60年代前期，美國國家標準局(NBS)的K.科德林、R.P.馬登和他們的合作者開始把180MeV的同步加速器當作輻射源用於原子光譜的研究。近年來美國、蘇聯、日本和西歐許多國家都開展了這方面的工作，用同步加速器或儲存環發出的同步加速器輻射來進行光化學、生物學、固體及其表面、材料學、光子散射、非線性光學、X射線全息、X射線顯微學、X 射線光刻等多方面的探索和研究。這方面的研究以前多藉助於粒子物理學的裝置，近年來一批專用的設備正在設計或製造中。
同步加速器輻射是天體物理學中一種重要輻射機制。目前普遍認為，很多具有冪律譜和偏振的非熱宇宙射電輻射來源於高能粒子的同步加速器輻射。這類射電源中最著名的例子是為中國《宋史》記載的蟹狀星雲中心1054年爆發的超新星遺蹟。
② 對於給定的磁場，總輻射功率正比於γ2；對於給定軌道半徑，它正比於γ4，即總輻射功率隨粒子能量的增大而急劇增強。
③ 輻射的方向性極強，它像探照燈似地分布在以粒子運動方向為軸的極窄角錐內,錐的半角寬度θ～1/γ（見圖）。 電子迴旋運動產生電磁輻射的最早理論研究要追溯到20世紀初，G.A.肖脫於1912年計算了經典原子模型的輻射。40年代,Д.Д.伊萬年科和И.Я.坡密朗丘克以及J.S.施溫格曾考慮了這類輻射對設計圓形粒子加速器的重要性。爾後朱洪元(1948)和施溫格(1949)發展了有關回旋加速器輻射的理論，這些理論公式已列入標準的教科書。理論計算表明，同步加速器中帶電粒子能量U因輻射而產生的損耗率為q為電荷。此式表明,隨U的增加極快。此外,對於質量小的電子,這種輻射消耗特別嚴重(∞m0-4)。這種輻射是高能圓形軌道加速器中最主要的能量損失機制。為了減少它，通常要採用很大的半徑R。
同步加速器輻射為人們提供了一種高度準直並可連續調諧的強光光源。特別是在真空紫外和X射線波段,尚無可用的雷射器與之匹敵。50年代同步加速器輻射已被廣泛研究,60年代前期，美國國家標準局(NBS)的K.科德林、R.P.馬登和他們的合作者開始把180MeV的同步加速器當作輻射源用於原子光譜的研究。近年來美國、蘇聯、日本和西歐許多國家都開展了這方面的工作，用同步加速器或儲存環發出的同步加速器輻射來進行光化學、生物學、固體及其表面、材料學、光子散射、非線性光學、X射線全息、X射線顯微學、X 射線光刻等多方面的探索和研究。這方面的研究以前多藉助於粒子物理學的裝置，近年來一批專用的設備正在設計或製造中。
同步加速器輻射是天體物理學中一種重要輻射機制。目前普遍認為，很多具有冪律譜和偏振的非熱宇宙射電輻射來源於高能粒子的同步加速器輻射。這類射電源中最著名的例子是為中國《宋史》記載的蟹狀星雲中心1054年爆發的超新星遺蹟。
參考書目
G A.Schott,Electromagnetic Radiation,CambridgeUniv.Press, Cambridge,1912.
D.I.Vanenko and J. Pomeranchuk,Phys. Rev.,Vol.65,p.343,1944.
J. Schwinger,Phys. Rev., Vol 70, p.798,1946.
H. Y. Tzu,Proc. Roy. Soc., A192, P.231,1948.
J. Schwinger,Phys, Rev., Vol. 75, P.1912,1949.
J. D.傑克遜著，朱培豫譯：《經典電動力學》,下冊，人民教育出版社,北京,1980。(J.D.Jackson,Classicalelectrodynamics, John Wiley & Sons, New York,1976.)
K.codlingand R.P.Madden,J.Appl.Phys.,Vol.36,p.380, 1965.
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J. Schwinger,Phys. Rev., Vol 70, p.798,1946.
H. Y. Tzu,Proc. Roy. Soc., A192, P.231,1948.
J. Schwinger,Phys, Rev., Vol. 75, P.1912,1949.
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K.codlingand R.P.Madden,J.Appl.Phys.,Vol.36,p.380, 1965.
