Синхротронско зраче?е ?е електромагнетско зраче?е ко?е емиту?у наелектрисане елементарне честице (на?чеш?е електрони ) док се кре?у у магнетном по?у релативистичким брзинама реда величине брзине светлости . Синхротронско зраче?е ?е снажно поларизовано зраче?е. Велики део електромагнетног зраче?а ко?е потиче из пулсара , радио-галакси?а или из маглине Рак спада у синхротронско зраче?е. ^[1] Са порастом енерги?е честице сма?у?е се ?ена таласна дужина зраче?а. Синхротронско зраче?е се производи на пример у синхротронима помо?у магнета за сави?а?е, ондулатора и/или виглера . Ако ?е честица нерелативистичка, емиси?а се назива циклотронском ради?аци?ом . Ако су честице релативистичке , ко?е се понекад назива?у и ултрарелативистичке , емиси?а се назива синхротронском емиси?ом. ^[2]

У астрофизици се синхротронска емиси?а ?ав?а, на пример, услед ултрарелативистичког крета?а извора око црне рупе . ^{[3] [4] [5] [6]} Када извор манифесту?е кружну геодези?у око црне рупе, синхротронско зраче?е се ?ав?а за орбите близу фотосфере где ?е крета?е у ултрарелативистичком режиму.

Синхротрон [ уреди | уреди извор ]

Синхротрон ?е акцелератор честица код ко?ег се наелектрисане честице кре?у по кружно? пута?и у хомогеном магнетном по?у . Брзине таквих честица су константне.

?едначине крета?а честице у синхротрону су:

${\displaystyle {\frac {d{\vec {p}}}{dt}}=q{\vec {v}}\times {\vec {B}}}$

${\displaystyle {\frac {d\mathrm {E} }{dt}}=0}$

За ултрарелативистичке честице, односно честице ко?е се кре?у врло великим брзинама блиским брзини светлости , губици енерги?е су врло велики, ?ер су пропорционални четвртом степену енерги?е честица. Да би брзина честице у синхротрону била одржана, ови губици се мора?у стално надокна?ивати, те ?е за рад синхротрона потребно обезбедити огромне количине енерги?е. ^[7]

Закочно зраче?е [ уреди | уреди извор ]

Закочено зраче?е , кочно зраче?е , бела ради?аци?а или закочно зраче?е ^{[8] [9]} ?е електромагнетско зраче?е (ук?учу?у?и синхротронско зраче?е) ко?е наста?е при убрза?у слободне електрично наби?ене честице . У ужем смислу, то ?е зраче?е ко?им електрони губе енерги?у и бива?у успорени при пролазу кроз хеми?ску матери?у . Назив ?е (према нем . Bremsstrahlung ) увео А. Зомерфелд 1909. при проучава?у рендгенскога зраче?а што га заустав?а?ем у матери?и производе електрони, претходно убрзани у електронско? цеви . Генерално ?е реч о рендгенском зраче?у или о гама-зраче?у , емитованом у ме?уделова?у електрона с атомским ?езгрима у матери?и. За разумева?е и прорачун ударнога пресека закочног зраче?а потребно ?е познава?е квантне механике . Спектар тог зраче?а ?е континуиран, с пове?ава?ем енерги?е електрона помиче се према вишим фреквенци?ама и ?ачег ?е интензитета . Такво се зраче?е назива спонтаним, према аналоги?и са спонтаном емиси?ом фотона од стране везаних електрона. Индуковано закочно зраче?е емиту?у слободни електрони ко?и су притом успорени, аналогно ?е индуковано? емиси?и фотона везаних електрона. Инверзно закочно зраче?е одговара фотоелектричном учинку код ко?ег слободни електрон апсорбу?е фотон и притом бива убрзан. Закочно зраче?е прати и бета-распаде атомских ?езгара и рачуна се као корекци?а за ради?аци?у при бета распаду (унутраш?е закочно зраче?е). Енерги?а таквога рендгенскога зраче?а, створеног у кулонском по?у ?езгра радиоактивног атома, ограничена ?е максималном енерги?ом нуклеарнога прелаза. ^[10]

По?ава се дога?а кад ?ако позитивно електрично по?е ?езгра делу?е на упадни негативни електрон. Тада он скре?е с пута?е при чему му се кинетичка енерги?а сма?и. Разлика ста?а нивоа кинетичке енерги?е у времену, то ?ест пре и после скрета?а с пута?е емиту?е се као X-квант односно рентгенски зрак . Близина ?езгра и почетна енерги?а електрона директно ?е сразмерна енерги?и X-фотона. Што ?е електрон ближе прошао ?езгру и што му ?е почетна енерги?а ве?а, то ?е ве?а и енерги?а X-фотона. ^[11] Проласком кроз аноду упадни електрони поступно губе енерги?у. Разлог ?е пролазак кроз електрична по?а ?езгара на различитим уда?еностима. Свако скрета?а резултира губитком дела енерги?е. Због тог емитованог рендгенског зраче?а могу имати било ко?у енерги?у до максималне енерги?е. Тим путем наста?е континуирани спектар X-зраче?а. ^[11] Кочно зраче?е (континуирани спектар) ?е ?една од две компоненте спектра рендгенског зраче?а. Друга ?е карактеристично зраче?е ( лини?ски спектар ). ^[8]

Синкротронска светлост [ уреди | уреди извор ]

Да би се проникнуло у та?не субатомске структуре , требало ?е сломити атоме високоенергетским честицама у добро контролисаним условима. У ту сврху почели су се градити убрзивачи електрона ко?и су брзо прерасли у сложене направе ко?е би у вакууму убрзале електроне у кружним пута?ама тако да скупе што више енерги?е пре него што се усмере према атому ? мети. У посебним прстеновима, електрони су убрзавани синхронизираним погурива?ем микроталасима , те су стога та постро?е?а убрзо названа синхротронима . У ?едном таквом синхротрону 1947. физичари ?енерал Електрик компани?е у САД уочили су необично зраче?е. Ако се жели да се одржава наби?ену честицу, попут електрона, у кружно? пута?и, она ?е неизбежно губити део сво?е енерги?е (закочно зраче?е) у облику електромагнетског зраче?а ? светлости.

Први нарашта? извора синхротронске светлости [ уреди | уреди извор ]

С друге стране, споменути извор светлости побудио ?е занима?е ?едне сасвим друге групе физичара. Наиме, синхротронска светлост ко?у су емитовали електрони убрзани до готово брзине светлости била ?е заиста необична светлост , а не типично закочно зраче?е. Распон таласних дужина био ?е импресиван: од инфрацрвене , преко вид?иве светлости па све до меких и тврдих рендгенских зрака . ?ачина зраче?а ништа ма?е импресивно ? и мили?ун пута с?а?ни?е од Сунчеве светлости . Физичари ко?и су се бавили структуром матери?а користили су се до тада за сво?е експерименте изворима рендгенског зраче?а ко?и ?е било и до мили?арду пута ма?е ?ачине, а готово увек су били ограничени само на одре?ену таласну дужину. Убрзо су синхротрони добили сво? други задатак ? проучава?е структуре матери?е синхротронском светлош?у. Паразитско зраче?е ко?е ?е фрустрирало физичаре високих енерги?а постало ?е мо?ан нови прозор у структуру матери?е. Мерне станице ко?е су искориштавале синхротронску светлост постале су редовни додатак синхротронима. Данас се ти синхротрони назива?у првим нарашта?ем извора синхротронске светлости.

Други нарашта? извора синхротронске светлости [ уреди | уреди извор ]

Успех тих мерних исталаци?а и стално проширива?е начина на ко?е се синхротронска светлост употреб?ава довело ?е у 1970-тим годинама прошлог века до изград?е првих постро?е?а ко?а су била наме?ена иск?учиво за производ?у синхротронске светлости. Та? други нарашта? синхротрона постао ?е приме?ив не само у физици , ве? и у биологи?и , медицини и индустри?и . На ?има се истражу?е кристална и електронска структура матери?ала, граде се микроскопске направе, одре?у?е се стуктура беланчевина за ствара?е нових лекова , изводи се медицинска ди?агностика и терапи?а . На свету тренутачно посто?и више од 40 синхротрона, од LNLS-а у Бразилу , преко многобро?них синхротрона у СА?у, Европи и Ази?и до Аустрали?ског синхротрона у Мелбурну .

Тре?и нарашта? извора синхротроне св?етлости [ уреди | уреди извор ]

Данаш?ица ?е прекретни период у свету синхротрона. Нови, тре?и нарашта? синхротрона доноси не само неколико редова величине с?а?ни?у светлост, ве? и нека потпуно нова сво?ства ко?е истраживачима отвара?у нове могу?ности. Ти синхротрони не одржава?у ?едноставно само електроне у кружно? пута?и, ве? се додатно користе посебним направама ( енг . insertion devices : уметнуте направе ?ер се у бити уме?у према потреби у пута?у електрона) ко?е тера?у електроне на посебна осцилаторна крета?а и тако сажима?у, односно колимира?у релативно широк сноп у врло уску купу зраче?а. Та? сноп има много бо?а сво?ства од прошлих нарашта?а, ук?учу?у?и кохеренци?у ? на?уре?ени?е ста?е у ко?ем се светлост може налазити. Светлост ?е електромагнетски талас . До сада су ти различити експерименти искориштавали само амплитуду тог таласа, односно ?ачину светлости . Кохеренци?а сада омогу?ава да се користи и фаза таласа. Тренутно посто?е 4 потпуно оперативна синхротрона тре?ег нарашта?а: ESRF (енг. European Synchrotron Research Facility ) у Греноблу ( Француска ), татим АПС (енг. Advanced Photon Source ) у Аргону ( САД ), SPring-8 у Харими ( ?апан ) и SLS (енг. Swiss Light Source ) у шва?царском Вилигену. У Европи се граде ?ош два таква постро?е?а: Ди?амонд у У?еди?еном Кра?евству и SOLEIL у Француско?. Нама на?ближи синхротрон налази се у близини Трста и зове се ELETTRA. ^[12]

Референце [ уреди | уреди извор ]

Литература [ уреди | уреди извор ]

• Brau, Charles A. Modern Problems in Classical Electrodynamics. Oxford University Press, 2004. ISBN 0-19-514665-4 .
• Jackson, John David. Classical Electrodynamics. John Wiley & Sons, 1999. ISBN 0-471-30932-X
• Ishfaq Ahmad , D.Sc. ?Measurements of the Relative Oscillator Strengths using the Synchrotron Radiation” (PDF) . Proceedings of the National Syposium on Frontier of Physics, National Centre for Theoretical Physics . Pakistan Physical Society. Архивирано из оригинала (PDF) 25. 11. 2021. г . Приступ?ено 16. 1. 2012 .   CS1 одржава?е: Формат датума ( веза )
• Nielsen, Jens (2011). Elements of modern X-ray physics . Chichester, West Sussex: John Wiley. ISBN   9781119970156 .  
• A. A. Sokolov; I. M. Ternov (1986). C. W. Kilmister, ур. Radiation from Relativistic Electrons . Translation Series. New York: American Institute of Physics. ISBN   978-0-88318-507-0 .  
• Nelson, Johanna; Misra, Sumohan; Yang, Yuan; Jackson, Ariel; Liu, Yijin; et al. (2012-03-30). ?In Operando X-ray Diffraction and Transmission X-ray Microscopy of Lithium Sulfur Batteries”. Journal of the American Chemical Society . 134 (14): 6337?6343. PMID   22432568 . doi : 10.1021/ja2121926 .  
• Ban, N.; Nissen, P.; Hansen, J.; Moore, P.; Steitz, T. (2000-08-11). ?The Complete Atomic Structure of the Large Ribosomal Subunit at 2.4 A Resolution”. Science . 289 (5481): 905?920. Bibcode : 2000Sci...289..905B . PMID   10937989 . doi : 10.1126/science.289.5481.905 .  

Спо?аш?е везе [ уреди | уреди извор ]

Синхротронско зраче?е на Викимеди?ино? остави .

• Cosmic Magnetobremsstrahlung (synchrotron Radiation) , by Ginzburg, V. L., Syrovatskii, S. I., ARAA, 1965
• Developments in the Theory of Synchrotron Radiation and its Reabsorption , by Ginzburg, V. L., Syrovatskii, S. I., ARAA, 1969
• Lightsources.org
• BioSync ? a structural biologist's resource for high energy data collection facilities
• X-Ray Data Booklet