Кратко описываются виды и источники жесткого
электромагнитного излучения (ультрафиолетовый, рентгеновский
и гамма диапазон), широко используемые
ныне в разнообразных фундаментальных
исследованиях и технических приложениях.
Основным источником жесткого электромагнитного излучения (ЭМИ) являются пучки
ускоренных заряженных частиц, используемые в различных физических
схемах, где проявляются специфические радиационные механизмы, кратко описываемые
ниже.
Используемые параметры быстрых частиц: заряд, масса, скорость, релятивистский
фактор,
равный отношению полной энергии к энергии покоя. В схемах с взаимодействием
быстрых
зарядов с конденсированными средами последние характеризуются величиной
диэлектрической
проницаемости, мнимая часть которой предполагается малой, а среда - прозрачной
для
генерируемого ЭМИ.
Тормозное излучение (Bremsstrahlung Radiation) - (ЭМИ),
возникающее
при взаимодействии быстрой заряженной частицы, подобных электрону, с атомными
ядрами. Свойства: беспороговое; резко подавляется для тяжелых зарядов;
непрерывный
спектр с максимальной энергией, равной кинетической энергии электрона; угол
конуса
излучения не превышает обратной величины релятивиcтского фактора быстрого
заряда.
Синхротронное (магнитно-тормозное) излучение (Synchrotron
Radiation)
- ЭМИ быстрого заряда (электрона) в магнитном поле. Свойства: беспороговое, но резко подавляется для тяжелых зарядов;
линейчатый
спектр в рентгеновском диапазоне с максимальной частотой ЭМИ порядка частоты
циркуляции
заряда (в магнитном поле), умноженной на куб релятивиcтского фактора быстрого
заряда;
угол конуса излучения не превышает обратной величины релятивиcтского фактора.
Ондуляторное излучение (Undulator Radiation) - ЭМИ быстрого
электрона при пролете знако-переменного магнитного поля ондулятора (вигглера),
где
электрон испытывает быстрые поперечные осцилляции c заданной пространственной
периодичностью. Свойства: непрерывный спектр с перестраиваемой длиной волны излучения с
минимальной величиной, равной длине волны осцилляции (электрона в ондуляторе),
деленной
на квадрат релятивистского фактора; угол конуса излучения не превышает обратной
величины релятивиcтского фактора.
Излучение Черенкова (Cherenkov radiation) - ЭМИ при движении
заряда
в среде, когда ее скорость превышает скорость света в среде. Свойства: пороговое; исчезает, когда скорость заряда становится меньше
скорости
света в среде; спектр интенсивности ЭМИ монотонно нарастает до предельной
частоты, когда
скорости заряда и свет в среде сравниваются (диапазон ультрафиолета); косинус
угла
конуса излучения определяется отношением указанных скоростей.
Поляризационное тормозное излучение (Polarization
Bremsstrahlung
Radiation) - ЭМИ, возникающего при взаимодействии быстрого заряда с атомными
электронами и рассматриваемого как процесс рассеяния собственного
("кулоновского") поля
быстрого заряда на атомных электронах. Свойства: беспороговое; не зависит от массы быстрой частицы; непрерывный
спектр в рентгеновском диапазоне.
Переходное излучение (Transition radiation) - ЭМИ,
возникающее при
пролете заряда через (или вблизи) неоднородную область пространства (
неоднородная
диэлектрическая постоянная, граница сред и т.п.). Свойства: беспороговое; заряд любой массы; состоит из проходящего и
отраженного
излучений; углы конусов излучения (с характерным подавлением излучения вдоль
осей) не
превышают обратной величины релятивиcтского фактора; спектры излучения -
непрерывные с
практически постоянной интенсивностью с максимальными частотами порядка
плазменной
частоты среды, умноженной для проходящего ЭМИ на релятивистский фактор
Резонансное излучение (Resonant Radiation) - ЭМИ,
возникающее в
результате интерференции переходного излучения на границах периодических
неоднородностей
(например, диэлектрических или металлических фольг) среды. Свойства: излучение направлено в основном вдоль скорости электрона в
узком конуре с раствором, не превышающим обратной величины релятивиcтского
фактора; частота волны излучения - порядка частоты пересечения электроном
периодических неоднородностей, умноженной на удвоенный квадрат релятивистского
фактора; благодаря интерференции интенсивность ЭМИ существенно возрастает по
сравнению с однословной схемой.
Параметрическое излучение (Parametric Radiation) - ЭМИ
быстрого
заряда при пересечении им регулярной структуры кристаллических плоскостей. Свойства: беспороговое; не зависит от массы быстрого заряда; излучается
(в
зависимости от ориентации кристалла) назад (геометрия Брэгга) или вперед
(геометрия
Лауэ) под углами Брэгга; углы конусов излучения (с характерным подавлением
излучения
вдоль осей) не превышают обратной величины релятивиcтского фактора; частота
излучения
лежит в рентгеновском диапазоне и определяется взаимной ориентацией скорости
электрона
и вектором обратной решетки кристалла и ее параметрами, т.е. практически не
зависит от
энергии быстрого заряда.
Излучение Смита-Парселла (Smith-Purcell Radiation) - ЭМИ
быстрого
электрона при пролете вдоль дифракционной решетки. Свойства: по физике явлений - близко к
ондуляторному; спектр лежит в THz диапазоне.
Каналированное излучение (Channeling Radiation) - ЭМИ
быстрых
электронов (позитронов), каналированных в кристаллах (плоскостное и осевое
каналирование) и совершающих поперечные осцилляции. Свойства: дискретный спектр в рентгеновском диапазоне; состоит из ряда
линий (для
позитронов - практически одна линия), соответствующих конечному числу квантовых
состояний поперечного движения быстрых электронов; угол конуса излучения не
превышает
обратной величины релятивиcтского фактора быстрого заряда.
Ниже дается более детальное описание свойств видов ЭМИ, наиболее часто используемых на практике.
