Přechodové záření - Transition radiation

Přechodové záření (TR) je forma elektromagnetická radiace emitované, když nabitá částice prochází nehomogenní média, například hranice mezi dvěma různými médii. To je v rozporu s Čerenkovovo záření, ke kterému dochází, když nabitá částice prochází a homogenní dielektrikum střední rychlostí větší než fázová rychlost z elektromagnetické vlny v tom médiu.

Dějiny

Přechodné záření teoreticky demonstroval Ginzburg a Upřímný v roce 1945 ^[1]. Ukázali existenci přechodového záření, když nabitá částice kolmo prošla hranicí mezi dvěma různými homogenními médii. Frekvence záření emitovaného ve zpětném směru vzhledem k částici byla hlavně v rozmezí viditelné světlo. The intenzita záření bylo logaritmicky úměrný Lorentzův faktor částice. Po prvním pozorování přechodového záření v optické oblasti ^[2], mnoho raných studií naznačilo, že aplikace optického přechodového záření pro detekci a identifikaci jednotlivých částic se zdála být výrazně omezena kvůli inherentní nízké intenzitě záření.

Zájem o přechodné záření byl obnoven, když Garibian ukázal, že záření by se mělo objevit také v rentgen oblast pro ultrarelativistické částice. Jeho teorie předpovídala některé pozoruhodné rysy přechodového záření v rentgen kraj ^[3]. V roce 1959 Garibian teoreticky ukázalo, že energetické ztráty an ultrarelativistické částice, když emituje TR při přechodu hranice mezi médiem a vakuum, byly přímo úměrné Lorentzovu faktoru částice ^[4]. Teoretický objev rentgenového přechodového záření, který byl přímo úměrný Lorentzovu faktoru, umožnil další využití TR v vysokoenergetická fyzika ^[5].

Od roku 1959 tak začal intenzivní teoretický a experimentální výzkum TR a zejména rentgenového TR.^[6]^[7]

Přechodné záření v rentgenové oblasti

Přechodné záření v rentgenové oblasti (TR) vyrábí společnost relativistické nabité částice, když procházejí rozhraním dvou různých médií dielektrické konstanty. Vyzařované záření je homogenní rozdíl mezi dvěma nehomogenními řešeními Maxwellovy rovnice elektrického a magnetického pole pohybující se částice v každém médiu zvlášť. Jinými slovy, protože elektrické pole částice je v každém médiu odlišné, musí částka tento rozdíl „setřást“, když překročí hranici. Celková ztráta energie nabité částice při přechodu závisí na jejím Lorentzův faktor $y = E / mc 2$ a je většinou směrován dopředu a vrcholí pod úhlem řádově $1/ y$ vzhledem k dráze částice. Intenzita emitovaného záření je zhruba úměrná energii částice $E$ .

Optické přechodové záření je emitováno jak v dopředném směru, tak odraženo povrchem rozhraní. V případě fólie o úhlu 45 stupňů vzhledem k a paprsek částic, tvar svazku částic lze vizuálně vidět pod úhlem 90 stupňů. Komplikovanější analýza emitovaného vizuálního záření může umožnit stanovení $y$ a emise.

V aproximaci relativistického pohybu ( ${ displaystyle gamma gg 1}$ ), malé úhly ( ${ displaystyle theta ll 1}$ ) a vysoká frekvence ( ${ displaystyle omega gg omega _ {p}}$ ), energetické spektrum lze vyjádřit jako^[8]:

${ displaystyle { frac {dI} {d nu}} přibližně { frac {z ^ {2} e ^ {2} gamma omega _ {p}} { pi c}} { bigg ( } (1 + 2 nu ^ {2}) ln (1 + { frac {1} { nu ^ {2}}}) - 2 { bigg)}}$

Kde ${ displaystyle z}$ je atomový náboj, ${ displaystyle e}$ je náboj elektronu, ${ displaystyle gamma}$ je Lorentzův faktor, ${ displaystyle omega _ {p}}$ je Frekvence plazmy. To se odchyluje při nízkých frekvencích, kde aproximace selhávají. Celková emitovaná energie je:

${ displaystyle I = { frac {z ^ {2} e ^ {2} gamma omega _ {p}} {3c}}}$

Vlastnosti tohoto elektromagnetická radiace je vhodný pro diskriminaci částic, zejména elektrony a hadrony v rozmezí hybnosti mezi 1 GeV / c a 100 GeV / cPřechodové záření fotony produkované elektrony mají vlnové délky v rentgenovém rozsahu, s energiemi typicky v rozmezí od 5 do 15 keV. Počet vyprodukovaných fotonů na křížení rozhraní je však velmi malý: pro částice s $y$ = 2×10³, je detekováno asi 0,8 rentgenových fotonů. Obvykle se používá několik vrstev střídavých materiálů nebo kompozitů ke shromáždění dostatečného množství fotonů přechodového záření pro adekvátní měření - například jedna vrstva inertní materiál, za nímž následuje jedna vrstva detektoru (např. plynová komora s mikropáskovým proužkem) atd.

Umístěním rozhraní (fólií) o velmi přesné tloušťce a oddělení fólií koherenční efekty upraví přechodové záření spektrální a úhlové charakteristiky. To umožňuje získat mnohem větší počet fotonů v menším úhlovém „objemu“. Aplikace tohoto rentgenového zdroje jsou omezeny skutečností, že záření je emitováno v kuželu s minimální intenzitou ve středu. Zařízení pro rentgenové zaostřování (krystaly / zrcadla) není pro takové radiační vzorce snadné postavit.

Viz také

Detektor přechodového záření

Reference

^ V.L.Ginzburg a I.M. Frank „Záření rovnoměrně se pohybujícího elektronu v důsledku jeho přechodu z jednoho média do druhého“ JETP (SSSR) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. SSSR 9 (1945) 353-362
^ P.Goldsmith a J.V. Jelley,"Optické přechodové záření z protonů vstupujících do kovových povrchů", Philos.Mag. 4 (1959) 836
^ GM Garibyan „Příspěvek k teorii přechodového záření“ JETP (SSSR) 33 (1957) 1403; Sov.Phys.JETP 6 (1958) 1079
^ GM Garibyan „Účinky přechodového záření při ztrátách energie částic“ JETP (SSSR) 37 (1959) 527-533; Sov.Phys.JETP 10 (1960) 372
^ Boris Dolgoshein "Detektory přechodového záření", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A326 (1993) 434-469
^ „Výroční zpráva o pokroku divize zdravotní fyziky“, Oak Ridge National Laboratory, str.137, 1959
^ „Nějaký nový vývoj v oblasti přechodových detektorů záření“ L. C. Yuan, Brookhaven National Laboratory, s. 2, Upton, New York, USA a CERN, Ženeva, Švýcarsko
^ Jackson, John (1999). Klasická elektrodynamika. John Wiley & Sons, Inc., str. 646–654. ISBN 978-0-471-30932-1.

Zdroje

Interferenční jev v optickém přechodovém záření a jeho aplikace na diagnostiku svazku částic a měření více rozptylu, L. Wartski a kol., Journal of Applied Physics - srpen 1975 - svazek 46, vydání 8, str. 3644-3653.

externí odkazy

Článek o přechodném záření

[1] V.L.Ginzburg a I.M. Frank „Záření rovnoměrně se pohybujícího elektronu v důsledku jeho přechodu z jednoho média do druhého“ JETP (SSSR) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. SSSR 9 (1945) 353-362

[2] P.Goldsmith a J.V. Jelley,"Optické přechodové záření z protonů vstupujících do kovových povrchů", Philos.Mag. 4 (1959) 836

[3] GM Garibyan „Příspěvek k teorii přechodového záření“ JETP (SSSR) 33 (1957) 1403; Sov.Phys.JETP 6 (1958) 1079

[4] GM Garibyan „Účinky přechodového záření při ztrátách energie částic“ JETP (SSSR) 37 (1959) 527-533; Sov.Phys.JETP 10 (1960) 372

[5] Boris Dolgoshein "Detektory přechodového záření", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A326 (1993) 434-469

[6] „Výroční zpráva o pokroku divize zdravotní fyziky“, Oak Ridge National Laboratory, str.137, 1959

[7] „Nějaký nový vývoj v oblasti přechodových detektorů záření“ L. C. Yuan, Brookhaven National Laboratory, s. 2, Upton, New York, USA a CERN, Ženeva, Švýcarsko

[8] Jackson, John (1999). Klasická elektrodynamika. John Wiley & Sons, Inc., str. 646–654. ISBN 978-0-471-30932-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]