Radiación de transición

La radiación de transición ( TR ) es una forma de radiación electromagnética emitida cuando una partícula cargada atraviesa un medio no homogéneo , como un límite entre dos medios diferentes. Esto contrasta con la radiación de Cherenkov , que ocurre cuando una partícula cargada pasa a través de un medio dieléctrico homogéneo a una velocidad mayor que la velocidad de fase de las ondas electromagnéticas en ese medio.

Historia

La radiación de transición fue demostrada teóricamente por Ginzburg y Frank en 1945. ^[1] Mostraron la existencia de radiación de transición cuando una partícula cargada pasaba perpendicularmente a través de un límite entre dos medios homogéneos diferentes. La frecuencia de la radiación emitida en la dirección inversa con respecto a la partícula estaba principalmente en el rango de la luz visible . La intensidad de la radiación fue logarítmicamente proporcional al factor de Lorentz de la partícula. Después de la primera observación de la radiación de transición en la región óptica, ^[2]Muchos de los primeros estudios indicaron que la aplicación de la radiación de transición óptica para la detección e identificación de partículas individuales parecía estar muy limitada debido a la baja intensidad inherente de la radiación.

El interés en la radiación de transición se renovó cuando Garibian mostró que la radiación también debería aparecer en la región de rayos X para partículas ultrarelativistas. Su teoría predijo algunas características notables de la radiación de transición en la región de los rayos X. ^[3] En 1959 Garibian demostró teóricamente que las pérdidas de energía de una partícula ultrarelativista , cuando emite TR al pasar el límite entre el medio y el vacío , eran directamente proporcionales al factor de Lorentz de la partícula. ^[4] El descubrimiento teórico de la radiación de transición de rayos X, que era directamente proporcional al factor de Lorentz, hizo posible un mayor uso de TR enFísica de altas energías . ^[5]

Así, a partir de 1959 se inició una intensa investigación teórica y experimental de la TR, y la TR de rayos X en particular. ^{[6] [7]}

Radiación de transición en la región de rayos X

La radiación de transición en la región de rayos X ( TR ) es producida por partículas cargadas relativistas cuando cruzan la interfaz de dos medios de diferentes constantes dieléctricas . La radiación emitida es la diferencia homogénea entre las dos soluciones no homogéneas de las ecuaciones de Maxwell de los campos eléctrico y magnético de la partícula en movimiento en cada medio por separado. En otras palabras, dado que el campo eléctrico de la partícula es diferente en cada medio, la partícula tiene que "sacudir" la diferencia cuando cruza el límite. La pérdida total de energía de una partícula cargada en la transición depende de su factor de Lorentz γ = E / mc ²y se dirige principalmente hacia adelante, con un pico en un ángulo del orden de 1 / γ con respecto a la trayectoria de la partícula. La intensidad de la radiación emitida es aproximadamente proporcional a la energía E de la partícula .

La radiación de transición óptica se emite tanto en la dirección de avance como reflejada por la superficie de la interfaz. En el caso de una hoja que tenga un ángulo de 45 grados con respecto a un haz de partículas , la forma del haz de partículas se puede ver visualmente en un ángulo de 90 grados. Un análisis más elaborado de la radiación visual emitida puede permitir la determinación de γ y emitancia.

En la aproximación de movimiento relativista ( ), ángulos pequeños ( ) y alta frecuencia ( ), el espectro de energía se puede expresar como: ^[8]${\displaystyle \gamma \gg 1}$${\displaystyle \theta \ll 1}$${\displaystyle \omega \gg \omega _{p}}$

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

Donde está la carga atómica, es la carga de un electrón, es el factor de Lorentz , es la frecuencia del plasma . Esta divergencias a bajas frecuencias donde fallan las aproximaciones. La energía total emitida es:${\displaystyle z}$${\displaystyle e}$${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle \omega _{p}}$

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

Las características de esta radiación electromagnética la hacen adecuada para la discriminación de partículas, particularmente de electrones y hadrones en el rango de momento entre1 GeV / c y100 GeV / c . Los fotones de radiación de transición producidos por electrones tienen longitudes de onda en el rango de rayos X, con energías típicamente en el rango de 5 a15 keV . Sin embargo, el número de fotones producidos por cruce de interfaz es muy pequeño: para partículas con γ = 2 × 10 ³ , se detectan aproximadamente 0,8 fotones de rayos X. Por lo general, se utilizan varias capas de materiales o compuestos alternos para recolectar suficientes fotones de radiación de transición para una medición adecuada, por ejemplo, una capa de material inerte seguida de una capa de detector (por ejemplo, cámara de gas de microbanda), y así sucesivamente.

Al colocar interfaces (láminas) de grosor muy preciso y separación de láminas, los efectos de coherencia modificarán las características espectrales y angulares de la radiación de transición . Esto permite obtener un número mucho mayor de fotones en un "volumen" angular más pequeño. Las aplicaciones de esta fuente de rayos X están limitadas por el hecho de que la radiación se emite en forma de cono, con una mínima intensidad en el centro. Los dispositivos de enfoque de rayos X (cristales / espejos) no son fáciles de construir para tales patrones de radiación.

Ver también

• Detector de radiación de transición

Referencias

1. VLGinzburg e IMFrank "Radiación de un electrón en movimiento uniforme debido a su transición de un medio a otro" , JETP (URSS) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. URSS 9 (1945) 353-362
2. P.Goldsmith y JVJelley, "Radiación de transición óptica de protones que entran en superficies metálicas" , Philos.Mag. 4 (1959) 836
3. GMGaribyan "Contribución a la teoría de la radiación de transición" , JETP (URSS) 33 (1957) 1403; Sov.Phys.JETP 6 (1958) 1079
4. GMGaribyan "Efectos de la radiación de transición en las pérdidas de energía de las partículas" , JETP (URSS) 37 (1959) 527-533; Sov.Phys.JETP 10 (1960) 372
5. Boris Dolgoshein "Detectores de radiación de transición" , Instrumentos y métodos nucleares en la investigación de física A326 (1993) 434-469
6. "Informe de progreso anual de la División de Física de la Salud" , Laboratorio Nacional de Oak Ridge, p.137, 1959
7. "Algunos avances en los detectores de radiación de transición" LC Yuan , Laboratorio Nacional Brookhaven, p.2, Upton, Nueva York, Estados Unidos y CERN, Ginebra, Suiza
8. Jackson, John (1999). Electrodinámica clásica . John Wiley & Sons, Inc. págs. 646–654. ISBN 978-0-471-30932-1.

Fuentes

• Fenómeno de interferencia en la radiación de transición óptica y su aplicación al diagnóstico de haz de partículas y mediciones de dispersión múltiple, L. Wartski et al., Journal of Applied Physics, agosto de 1975, volumen 46, número 8, págs. 3644-3653 .

enlaces externos

• Artículo sobre radiación de transición