Zyklotronstrahlung
Die Zyklotronstrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die von den in Bewegung geladenen Teilchen emittiert wird, wenn sie durch ein Magnetfeld abgelenkt werden . Die Lorentzkraft, die auf diese Teilchen senkrecht zu den Magnetfeldlinien ausgeübt wird, und die Bewegungsrichtung beschleunigen sie, was zur Emission von Strahlung führt.
Der Name dieser Strahlung stammt vom Zyklotron , einer Art Teilchenbeschleuniger, der seit den 1930er Jahren zur Erzeugung energiereicher Teilchen für die Forschung verwendet wird. Das Zyklotron verwendet Kreisbahnen, gefolgt von geladenen Teilchen in einem gleichmäßigen Magnetfeld. Außerdem ist die Periode der Umlaufbahn unabhängig von der Energie der Teilchen, was es ermöglicht, ein Zyklotron mit einer Frequenz zu betreibenpräzise Daten, ohne sich zu einem bestimmten Zeitpunkt um die Energie der Partikel kümmern zu müssen. Zyklotronstrahlung wird jedoch nicht nur in Zyklotrons emittiert, sondern in allen Situationen, in denen sich geladene Teilchen in einem Magnetfeld bewegen. Beispielsweise ist Zyklotronstrahlung, die von Plasmen im interstellaren Raum , in der Nähe von Schwarzen Löchern und in anderen astronomischen Phänomenen emittiert wird, eine wichtige Informationsquelle über entfernte Magnetfelder. Insbesondere der Planet Jupiter ist eine intensive Quelle für Zyklotronstrahlung.
Die Leistung (Energie pro Zeiteinheit) der von jedem Elektron emittierten Strahlung kann nach folgender Formel berechnet werden:
,
Dabei ist E die Energie, t die Zeit, σ Th der gesamte Thomson-Querschnitt , B die Intensität des Magnetfelds, V die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld, c die Lichtgeschwindigkeit und μ 0 die Durchlässigkeit von Leer . Im Zusammenhang mit der magnetischen Einschlussfusion führen Zyklotronstrahlungsverluste dazu, dass eine Energiedichte des Plasmas im Verhältnis zur Energiedichte des Magnetfelds erforderlich ist (siehe den Artikel über die aneutronische Fusion ).
Es ist wahrscheinlich, dass eine Atombombenexplosion in großer Höhe kurze, intensive Zyklotronstrahlung erzeugen kann. In der Tat würden die während der Explosion erzeugten Gammastrahlen die Ionisierung der Atome der oberen Atmosphäre verursachen, und die so freigesetzten Elektronen würden mit dem Erdmagnetfeld interagieren , um Zyklotronstrahlung in Form eines elektromagnetischen Impulses (EMP oder EMP) zu erzeugen . Dieses Phänomen gibt dem Militär Anlass zur Sorge, da ein solcher Impuls elektronische Geräte ernsthaft beschädigen kann.
Die Frequenz, die dem Hauptpeak des Spektrums der Zyklotronstrahlung entspricht, ist identisch mit der der Umlaufbahn des Partikels. Das Spektrum weist auch Harmonische auf, die das Ergebnis von Unvollkommenheiten in der Umgebung des Emissionspunkts sind und die die Spektrallinien verbreitern . Die offensichtlichste Ursache für diese Verbreiterung ist das Vorhandensein von Ungleichungen im Magnetfeld: Wenn ein Elektron von einem Bereich des Feldes in einen anderen übergeht, variiert seine Emissionsfrequenz entsprechend der Intensität des Feldes. Es gibt auch andere Quellen für die Linienerweiterung, wie die Unvollkommenheit der Elektronenbahn, Verzerrungen, die durch Wechselwirkungen mit dem umgebenden Plasma erzeugt werden, sowie relativistische Effekte, wenn die Energie der geladenen Teilchen hoch genug ist. Wenn sich Elektronen mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen, wird Zyklotronstrahlung als Synchrotronstrahlung bezeichnet .
Die Rückstoßbewegung durch eine Partikel erlebt , wenn Zyklotron strahlungsemittierende wird eine Strahlung genannt Reaktion . In einem Zyklotron wirkt die reaktive Kraft der Strahlung als Bewegungswiderstand, wobei die zur Überwindung erforderliche Arbeit die primären Energiekosten für die Beschleunigung eines Teilchens sind. Zyklotrons sind die besten Beispiele für Systeme, in denen eine solche Reaktionskraft auftritt.
Anmerkungen und Referenzen
- (fr) Dieser Artikel ist teilweise oder vollständig aus dem Wikipedia - Artikel in genommen englischen Titeln „ Zyklotron Strahlung “ ( siehe die Liste der Autoren ) .