إشعاع السيكلوترون

في فيزياء الجسيمات ، يُعرف إشعاع السيكلوترون بأنه إشعاع كهرومغناطيسي ينبعث من جسيمات مشحونة متسارعة غير نسبية تنحرف بفعل مجال مغناطيسي . ^{[ 1 ]} تؤثر قوة لورنتز على الجسيمات بشكل عمودي على كل من خطوط المجال المغناطيسي وحركة الجسيمات خلالها، مما يُحدث تسارعًا في الجسيمات المشحونة يتسبب في انبعاث الإشعاع نتيجةً لهذا التسارع أثناء دورانها حول خطوط المجال المغناطيسي.

يُشتق اسم هذا الإشعاع من السيكلوترون ، وهو نوع من مُسرّعات الجسيمات يُستخدم منذ ثلاثينيات القرن العشرين لإنتاج جسيمات عالية الطاقة لأغراض الدراسة. يعتمد السيكلوترون على المدارات الدائرية التي تُظهرها الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي منتظم. علاوة على ذلك، فإن دورة المدار مستقلة عن طاقة الجسيمات، مما يسمح للسيكلوترون بالعمل بتردد مُحدد . ينبعث إشعاع السيكلوترون من جميع الجسيمات المشحونة التي تتحرك عبر المجالات المغناطيسية، وليس فقط تلك الموجودة في السيكلوترونات. يُعد إشعاع السيكلوترون المنبعث من البلازما في الوسط بين النجوم أو حول الثقوب السوداء وغيرها من الظواهر الفلكية مصدرًا هامًا للمعلومات حول المجالات المغناطيسية البعيدة. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

يمكن حساب قدرة ( الطاقة لكل وحدة زمنية) انبعاث كل إلكترون: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle {-dE \over dt}={\sigma _{t}B^{2}v^{2} \over c\mu _{0}}}$

حيث E هي الطاقة، و t هو الزمن،${\displaystyle \sigma _{t}}$يمثل المقطع العرضي لتأثير طومسون (الكلي، وليس التفاضلي)، و B شدة المجال المغناطيسي، و v السرعة العمودية على المجال المغناطيسي، وc سرعة الضوء.${\displaystyle \mu _{0}}$هي نفاذية الفضاء الحر .

يتميز إشعاع السيكلوترون بطيف ذي ذروة رئيسية عند نفس التردد الأساسي لمدار الجسيم، وتوافقيات عند معاملات تكامل أعلى. وتنتج التوافقيات عن عيوب في بيئة الانبعاث الفعلية، مما يؤدي أيضًا إلى اتساع خطوط الطيف . ^{[ 5 ]} المصدر الأكثر وضوحًا لاتساع الخطوط هو عدم تجانس المجال المغناطيسي؛ ^{[ 6 ]} فعندما ينتقل الإلكترون من منطقة إلى أخرى في المجال، يتغير تردد انبعاثه بتغير شدة المجال. تشمل مصادر الاتساع الأخرى الاتساع التصادمي ^{[ 7 ]} حيث لا يتبع الإلكترون مدارًا مثاليًا، وتشوهات الانبعاث الناتجة عن التفاعلات مع البلازما المحيطة، والتأثيرات النسبية إذا كانت الجسيمات المشحونة ذات طاقة كافية. عندما تتحرك الإلكترونات بسرعات نسبية، يُعرف إشعاع السيكلوترون باسم إشعاع السنكروترون .

يُطلق على الارتداد الذي تتعرض له الجسيمات المنبعثة من السيكلوترون اسم رد الفعل الإشعاعي . يعمل رد الفعل الإشعاعي كمقاومة للحركة داخل السيكلوترون، ويُمثل الشغل اللازم للتغلب عليه التكلفة الطاقية الرئيسية لتسريع الجسيمات فيه. تُعد السيكلوترونات أمثلةً بارزةً على الأنظمة التي تتعرض لرد الفعل الإشعاعي.

في سياق طاقة الاندماج المغناطيسي ، تترجم خسائر إشعاع السيكلوترون إلى شرط وجود حد أدنى لكثافة طاقة البلازما بالنسبة لكثافة طاقة المجال المغناطيسي.

من المرجح أن ينتج إشعاع السيكلوترون عن انفجار نووي على ارتفاعات عالية . تعمل أشعة غاما الناتجة عن الانفجار على تأيين الذرات في طبقات الجو العليا، وتتفاعل الإلكترونات الحرة الناتجة مع المجال المغناطيسي للأرض لتُنتج إشعاع السيكلوترون على شكل نبضة كهرومغناطيسية . تُثير هذه الظاهرة قلقًا لدى الجيش، إذ قد تُلحق النبضة الكهرومغناطيسية أضرارًا بالأجهزة الإلكترونية الصلبة .

• الإشعاع الكيلومتري الشفقي (AKR)
• إشعاع الكبح
• شعاع الإشعاع
• إشعاع السنكروترون
• ليزر الإلكترون الحر
• تركيبة لارمور