Свойства синхротронного и черенковского излучений в баллистической теории
Синхротронное и черенковское излучение, которое отличает острая направленность вдоль скорости V излучающих частиц. Свойства синхротронного, ондуляторного и черенковского излучений, не противоречащие теории Ритца. Точность баллистического описания.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.11.2018 |
| Размер файла | 331,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Труды 3-й научной конференции по радиофизике, ННГУ, 1999
Размещено на http://www.allbest.ru//
Нижегородский госуниверситет
Свойства синхротронного и черенковского излучений в баллистической теории
С.А. Семиков
Синхротронное и черенковское излучение отличает острая направленность вдоль скорости V излучающих частиц. Считалось, что эта направленность объясняется лишь специальной теорией относительности (СТО) и противоречит баллистической теории Ритца (БТР) [1]. Но фактически свойства излучений, следующие из теории Ритца и классической оценки V, соответствуют опытам [2-4]. Это относится и к замерам скорости синхротронного излучения в опыте Е. Александрова и на установке SLAC, где скорость излучения c' и электронов V не измерялась напрямую [4, 5]. Согласно теории Ритца, скорость электронов V добавляется к скорости света c относительно них, и расчётная скорость c' = c + V зависит от метода измерения V. При классической оценке V результаты опытов соответствуют теории Ритца [2-5].
Скорость V частиц находят по их импульсу p = m'V = eBR, где R - радиус траектории частицы массы m' и заряда e в магнитном поле B. Для ультрарелятивистских частиц импульс p ? mгс, откуда находят г-фактор. В классической механике m' равно массе покоя m и V = гс [4]. Добавление V к скорости света c сосредотачивает излучение в конусе с осью V и углом образующей и = arcsin(c/V) ~ 1/г [2, 3].
Импульс излучения соответствует пролёту электроном отрезка орбиты d ~ Rи ~ R/г, с которого излучение поступает в детектор на расстоянии L [6]. Из начала A отрезка d свет дойдёт за время tA = (d + L)/(c + V), из конца B - через время tB = d/V + L/(c + V) после излучения в A. Длительность импульсов ДT = tB - tA ? d/cг2 ? R/cг3, в согласии с СТО [6], а их спектр формируют гармоники частоты вращения, вплоть до f ~ 1/ДT ~ г3c/R, что соответствует опыту [6]. По теории Ритца спектр зависит и от длины пути света L в канале вывода, что находит косвенные подтверждения [2].
Аналогично, в ондуляторе длины d найдём ДT ? d/cг2, в согласии с опытом и СТО [6]. В ондуляторе с шагом магнитов b частота колебаний электрона f = V/b, а регистрируемая по доплер-эффекту частота излучения f ' = f(1 + V/c) ? г2c/b [3], в согласии с СТО [6]. То есть релятивистская и баллистическая теории приводят к близким угловым и(г), временным ДT(г) и частотным f '(г) характеристикам синхротронного (ондуляторного) излучения. Сделать выбор между теориями можно путём прямых замеров скорости частиц из синхротронов пролётным методом [4, 5]. Обычно релятивистскую скорость v оценивают из формул СТО, связывающих импульс p ? mгс и скорость частиц v = c(1 - 1/г2)1/2. А классическая теория даёт сверхсветовое значение V ? гс, не противоречащее принципам работы синхротрона [3, 4].
Другой способ измерения V основан на исследовании черенковского излучения частиц: его свойства тоже следуют из теории Ритца. Ещё в 1888 г. О. Хевисайд предсказал, что заряд, летящий в среде, должен излучать. По теории Ритца это излучение приобретает в среде с показателем преломления n лишь часть скорости заряда V [5], так что скорость излучения с' = c/[n - V/(c + V)]. Если V ? с', то огибающая волновых фронтов образует конус черенковского излучения, а в рамках СТО излучение генерируется при v ? c/n. То есть измерение скорости частиц по порогу v = c/n (СТО) и порогу V = с' (БТР) даёт разные значения. Однако зависимость порогового n от г в СТО и БТР - сходная. В пороговых счётчиках скорость ультрарелятивистских частиц измеряют по показателю преломления газа n = 1 + д (где д << 1), при котором возникает излучение. В СТО v = c/n ? c(1 - д), откуда пороговое значение д = 1/2г2. В баллистической теории из условия V = с' порог д = 1/г2 с точностью до множителя 1/2 совпадает с релятивистским. Эта разница вызвана неточностью зависимости с'(V) при ультрарелятивистских скоростях (г >> 1) и даёт простой критерий проверки теории Ритца, где измеренная величина д << 1 соответствует сверхсветовым скоростям V ? сг ? с/д1/2. То есть и здесь основной критерий проверки теории Ритца - это прямое измерение V пролётным методом [5].
Рис.
Угол и черенковского излучения в теории Ритца выражается неоднозначно (см. рис.). Если на скорость с' = c/[n - Vr/(c + Vr)] в направлении и влияет лишь радиальная компонента скорости заряда Vr = Vcosи, то при V ~ с волновой фронт приобретает форму с'(и) = c/[n - (c/Vcosи + 1)-1] отличную от сферы. А при V ? с (в СТО отвечает v ? 0,71с) волновой фронт - самопересекающийся, с особенностью типа лепестка. Тогда, кроме нормального конуса черенковского излучения (внешней огибающей фронтов, с углом и1 на рис.), формируется узкий конус - огибающая лепестка (с углом и2). При n < 1,5 этот аномальный конус образуется при допороговых значениях г. Условие генерации излучения V = c/[n - V/(c + V)] даёт два решения: V1, 2 = c(-1 ± [1 + 4/(n - 1)]1/2)/2, где V1 отвечает порогу генерации нормального черенковского излучения, а V2 - допороговому (аномальному) излучению, существующему в диапазоне с ? V ? |V2|.
Допороговую генерацию подтверждают эксперименты [7]. Если конус нормального черенковского излучения сужался при росте n или V, то аномальный - расширялся, в согласии с теорией Ритца. На фотографиях [8] наблюдалось два кольца: одно отвечало нормальному черенковскому эффекту (и1), а второе, аномально широкое кольцо,- излучению от частиц с v > с [8]. В рамках теории Ритца его генерируют те же частицы: аномальное излучение и формирует 2-е кольцо (и2).
Итак, свойства синхротронного, ондуляторного и черенковского излучений не противоречат теории Ритца, а её выводы совпадают с СТО. В ряде случаев баллистическое описание точнее релятивистского и объясняет аномалии этих излучений.
баллистический черенковский излучение синхротронный
Источники
1. Newburgh R.G. // American Journal of Physics. 1972. V. 40, №8. P. 1173.
2. Семиков С.А. // Вестник ННГУ. 2014, №1(2). С. 180.
3. Семиков С.А. // Инженер. 2011. №11-12. С. 24.
4. Семиков С.А. // Инженер. 2013. №6-9. С. 18.
5. Семиков С.А. // Вестник ННГУ. 2013, №4(1). С. 56.
6. Михайлин В., Тернов И. Синхротронное излучение.- М.: Знание, 1988. 64 с.
7. Тяпкин А.А. // Краткие сообщения ОИЯИ. 1993, №3[60]-93. C. 26.
8. Водопьянов А.С., Зрелов В.П., Тяпкин А.А. // Письма в ЭЧАЯ. 2000. № 2[99].
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие и свойства радиоактивных излучений, их ионизирующая и проникающая способности. Особенности взаимодействия излучений с живым организмом. Важность экологических проблем, связанных с защитой природы и человека от действия ионизирующих излучений.
методичка [210,8 K], добавлен 30.04.2014Инфракрасное излучение: понятие, свойства, источник. Особенности стерилизации пищевых продуктов. Ультрафиолетовое излучение, отрицательное действие. Рентгеновские лучи: общее понятие, применение в медицине. Свойства рентгенотелевизионных интроскопов.
презентация [428,5 K], добавлен 04.08.2014Метрология ионизирующих излучений и точность дозиметрических методов. Дозы и их характеристики, эквивалент поглощения. Единицы измерений физических величин. Основные методы дозиметрии: биологические, физические, химические, ионизационные и люминисцентные.
презентация [313,6 K], добавлен 12.02.2015Природа и источники ионизирующего излучения, его физические свойства, воздействие на окружающую среду и гигиеническое нормирование. Наведенная радиоактивность, радиоактивный распад. Методы измерения ионизирующих излучений и измерительная техника.
курсовая работа [582,7 K], добавлен 28.01.2014Характеристика и свойства теплового, люминесцентного и электро- и катодолюминесцентного излучений. Метод исследования химического состава различных веществ по их линейчатым спектрам испускания или поглощения (спектральный анализ). Основные виды спектров.
презентация [10,4 M], добавлен 21.05.2014Понятие, свойства и источник инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского излучения. Положительные и отрицательные воздействия ультрафиолетового излучения. Свойства, функции и применение рентгеновских лучей в медицине, аэропортах и промышленности.
презентация [221,7 K], добавлен 26.01.2011Свойства ядерных изомерных состояний. Характеристики гамма-излучения возбужденных ядер. Механизм обходных переходов. Оценка итоговых выходов ядер в метастабильном состоянии, образующихся в процессе обходного возбуждения с помощью синхротронного излучения.
дипломная работа [934,0 K], добавлен 16.05.2017Сущность и свойства электромагнитных волн, особенности их распространения и деление по частотным диапазонам. Условия возникновения радиоволн. Характеристика инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Содержание метода зон Френеля.
презентация [328,4 K], добавлен 05.02.2012Физические основы дозиметрии ионизирующих излучений. Основные понятия и величины клинической дозиметрии. Формирование дозного поля в зависимости от вида и источника излучения. Профессиональные обязанности лучевого терапевта. Понятие поглощенной энергии.
презентация [63,4 K], добавлен 06.05.2013Источники и свойства инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Характеристики границ видимого излучения. Положительные и отрицательные воздействия ультрафиолетового излучения. Функции и применение рентгеновских лучей в медицине.
презентация [398,7 K], добавлен 03.03.2014Энергетический спектр как распределение частиц ионизирующего излучения по энергии. Классификация и типы спектров излучений: дискретные (линейчатые) и непрерывные. Определение истинного энергетического спектра Ф(Е) по измеренному распределению импульсов.
лабораторная работа [47,0 K], добавлен 01.11.2015Применение компьютерных моделей в процессе обучения. Роль виртуального эксперимента в преподавании физики. Свойства излучений, чувствительность фотоэлементов. Постоянная Планка, закон радиоактивного распада. Соотношение неопределенностей для фотонов.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 27.10.2013Физические эффекты, положенные в основу реализации измерительного оборудования. Разработка системы автоматизированного многочастотного контроля электромагнитных излучений для оценки опасности электромагнитной обстановки. Нормирование параметров ЭМИ.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 08.06.2013Сведения о радиоактивных излучениях. Взаимодействие альфа-, бета- и гамма-частиц с веществом. Строение атомного ядра. Понятие радиоактивного распада. Особенности взаимодействия нейтронов с веществом. Коэффициент качества для различных видов излучений.
реферат [377,6 K], добавлен 30.01.2010Изучение корпускулярной концепции описания природы, сущность которой в том, что все вещества состоят из молекул - минимальных частиц вещества, сохраняющих его химические свойства. Анализ молекулярно-кинетической теории газа. Законы для идеальных газов.
контрольная работа [112,2 K], добавлен 19.10.2010Электромагнитное излучение, которое занимает спектральный диапазон между концом красного света и коротковолновым радиоизлучением. История открытия инфракрасного излучения, его основные свойства. Применение в медицине. Воздействие на организм человека.
презентация [1,5 M], добавлен 20.02.2013Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц; газоразрядный счетчик Гейгера и камера Вильсона. Открытие радиоактивности; исследование альфа-, бета- и гамма-излучения. Рассмотрение биологического действия радиоактивных излучений на живые организмы.
презентация [2,2 M], добавлен 03.05.2014Диапазон шкалы электромагнитных волн, особенности ее спектра (полоса частот). Скорость света, основные виды радиоволн. Излучение как поток квантов - фотонов, распространяющихся со скоростью света. Инфракрасное, световое и рентгеновское излучение.
презентация [635,5 K], добавлен 10.04.2014Моделирование параметрического рентгеновского излучения релятивистского электрона в геометрии рассеяния Лауэ. Исследование влияния асиметрии на угловую плотность дифрагированного переходного излучения. Спектрально-угловые характеристики излучений.
реферат [1,4 M], добавлен 22.06.2014Содержание теории теплорода и описание атомного состава вещества. Раскрытие молекулярных свойств вещества. Природа хаотичного движения малых частиц взвешенных в жидкости или газе, уравнение броуновского движения. Свойства и объём молекул идеального газа.
презентация [127,2 K], добавлен 29.09.2013
