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.