La radiación de ciclotrón es una radiación electromagnética emitida por partículas cargadas aceleradas desviadas por un campo magnético . [1] La fuerza de Lorentz sobre las partículas actúa perpendicularmente tanto a las líneas del campo magnético como al movimiento de las partículas a través de ellas, creando una aceleración de partículas cargadas que hace que emitan radiación como resultado de la aceleración que experimentan al girar en espiral líneas del campo magnético.
El nombre de esta radiación deriva del ciclotrón , un tipo de acelerador de partículas utilizado desde la década de 1930 para crear partículas altamente energéticas para su estudio. El ciclotrón hace uso de las órbitas circulares que exhiben las partículas cargadas en un campo magnético uniforme. Además, el período de la órbita es independiente de la energía de las partículas, lo que permite que el ciclotrón funcione a una frecuencia determinada . La radiación de ciclotrones es emitida por todas las partículas cargadas que viajan a través de campos magnéticos, no solo por las de los ciclotrones. La radiación ciclotrónica del plasma en el medio interestelar o alrededor de los agujeros negros y otros fenómenos astronómicos es una fuente importante de información sobre campos magnéticos distantes. [2] [3]
Propiedades
La potencia (energía por unidad de tiempo) de la emisión de cada electrón se puede calcular: [4]
donde E es energía, t es tiempo,es la sección transversal de Thomson (total, no diferencial), B es la fuerza del campo magnético, v es la velocidad perpendicular al campo magnético, c es la velocidad de la luz yes la permeabilidad del espacio libre .
La radiación de ciclotrón tiene un espectro con su pico principal a la misma frecuencia fundamental que la órbita de la partícula y armónicos en factores integrales más altos. Los armónicos son el resultado de imperfecciones en el entorno de emisión real, que también crean un ensanchamiento de las líneas espectrales . [5] La fuente más obvia de ensanchamiento de línea son las faltas de uniformidad en el campo magnético; [6] cuando un electrón pasa de un área del campo a otra, su frecuencia de emisión cambiará con la fuerza del campo. Otras fuentes de ensanchamiento incluyen el ensanchamiento por colisión [7] ya que el electrón fallará invariablemente en seguir una órbita perfecta, distorsiones de la emisión causadas por interacciones con el plasma circundante y efectos relativistas si las partículas cargadas son suficientemente energéticas. Cuando los electrones se mueven a velocidades relativistas, la radiación de ciclotrón se conoce como radiación de sincrotrón .
El retroceso experimentado por una partícula que emite radiación de ciclotrón se denomina reacción de radiación . La reacción de radiación actúa como una resistencia al movimiento en un ciclotrón; y el trabajo necesario para superarlo es el principal coste energético de acelerar una partícula en un ciclotrón. Los ciclotrones son excelentes ejemplos de sistemas que experimentan una reacción de radiación.
Ejemplos de
En el contexto de la energía de fusión magnética , las pérdidas de radiación del ciclotrón se traducen en un requisito de una densidad mínima de energía del plasma en relación con la densidad de energía del campo magnético.
La radiación de ciclotrón probablemente se produciría en una explosión nuclear a gran altitud . Los rayos gamma producidos por la explosión ionizarían átomos en la atmósfera superior y esos electrones libres interactuarían con el campo magnético de la Tierra para producir radiación ciclotrónica en forma de pulso electromagnético (EMP). Este fenómeno es motivo de preocupación para los militares, ya que el EMP puede dañar los equipos electrónicos de estado sólido .
Ver también
Referencias
- ^ Monreal, Benjamin (enero de 2016). "Radiación ciclotrónica de un solo electrón" . La física hoy . 69 (1): 70. Bibcode : 2016PhT .... 69a..70M . doi : 10.1063 / pt.3.3060 .
- ^ Dogiel, VA (marzo de 1992). "Astronomía de rayos gamma". Física contemporánea . 33 (2): 91–109. Código Bibliográfico : 1992ConPh..33 ... 91D . doi : 10.1080 / 00107519208219534 .
- ^ Zheleznyakov, VV (enero de 1997). "Plasma espacial en condiciones extremas". Radiofísica y Electrónica Cuántica . 40 (1–2): 3–15. Código Bibliográfico : 1997R y QE ... 40 .... 3Z . doi : 10.1007 / BF02677820 . S2CID 121796067 .
- ^ Longair, Malcolm S. (1994). Astrofísica de Altas Energías: Volumen 2, Estrellas, la Galaxia y el Medio Interestelar . Prensa de la Universidad de Cambridge . pag. 232. ISBN 9780521435840.
- ^ Hilditch, RW (2001). Introducción a las estrellas binarias cercanas . Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 327. ISBN 9780521798006.
- ^ Cairns, RA (2012). Física del plasma . Saltador. pag. SA7 – PA8. ISBN 9789401096553.
- ^ Hayakawa, S; Hokkyō, N; Terashima, Y; Tsuneto, T. (1958). Radiación ciclotrónica de un plasma magnetizado (PDF) . Segunda Conferencia de Ginebra sobre usos pacíficos de la energía atómica.