Переходное излучение

Переходное излучение ( TR ) — это форма электромагнитного излучения, испускаемого, когда заряженная частица проходит через неоднородную среду, например, границу между двумя разными средами. В этом отличие от черенковского излучения , которое возникает, когда заряженная частица проходит через однородную диэлектрическую среду со скоростью, превышающей фазовую скорость электромагнитных волн в этой среде.

История

Переходное излучение было теоретически продемонстрировано Гинзбургом и Франком в 1945 году. Они показали существование переходного излучения, когда заряженная частица перпендикулярно проходит через границу между двумя различными однородными средами. Частота излучения, испускаемого в обратном направлении относительно частицы, находилась в основном в диапазоне видимого света . Интенсивность лоренц - излучения была логарифмически пропорциональна фактору частицы. После первого наблюдения переходного излучения в оптической области Многие ранние исследования показали, что применение оптического переходного излучения для обнаружения и идентификации отдельных частиц, по-видимому, сильно ограничено из-за присущей излучению низкой интенсивности.

Интерес к переходному излучению возобновился, когда Гарибиан показал, что излучение должно возникать и в рентгеновской области для ультрарелятивистских частиц. Его теория предсказала некоторые замечательные особенности переходного излучения в рентгеновской области. В 1959 году Гарибян теоретически показал, что потери энергии ультрарелятивистской частицы при излучении ТР при прохождении границы между средой и вакуумом прямо пропорциональны лоренц-фактору частицы. Теоретическое открытие рентгеновского переходного излучения, прямо пропорционального фактору Лоренца, сделало возможным дальнейшее использование ПИ в физике высоких энергий .

Таким образом, с 1959 г. начались интенсивные теоретические и экспериментальные исследования ТР, в частности рентгеновских ТР.

Переходное излучение в рентгеновской области

Переходное излучение в рентгеновской области ( ПИ ) создается релятивистскими заряженными частицами, когда они пересекают границу раздела двух сред с разными диэлектрическими проницаемостями . Испускаемое излучение представляет собой однородную разность двух неоднородных решений уравнений Максвелла электрического и магнитного полей движущейся частицы в каждой среде в отдельности. Другими словами, поскольку электрическое поле частицы в каждой среде разное, частице приходится «стряхивать» разницу при пересечении границы. Полная потеря энергии заряженной частицы при переходе зависит от ее лоренц-фактора γ = E / mc ² и направлен преимущественно вперед, достигая максимума под углом порядка 1/ γ относительно траектории частицы. частицы E. Интенсивность испускаемого излучения примерно пропорциональна энергии

Оптическое переходное излучение излучается как в прямом направлении, так и отражается от поверхности раздела. В случае фольги, имеющей угол 45 градусов по отношению к пучку частиц , форму пучка частиц можно визуально увидеть под углом 90 градусов. Более тщательный анализ испускаемого визуального излучения может позволить определить γ и излучательную способность.

В приближении релятивистского движения ( $\gamma \gg 1$), малые углы ( $\theta \ll 1$) и высокой частоты ( $\omega \gg \omega _{p}$), энергетический спектр можно выразить как:

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

Где $z$ атомный заряд, $e$ это заряд электрона, $\gamma$ – фактор Лоренца , $\omega _{p}$ это плазменная частота . Это расхождения на низких частотах, где приближения не работают. Полная излучаемая энергия равна:

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

Характеристики этого электромагнитного излучения делают его пригодным для распознавания частиц, особенно электронов и адронов в диапазоне импульсов от 1 ГэВ/с до 100 ГэВ/с . переходного излучения, Фотоны создаваемые электронами, имеют длины волн в рентгеновском диапазоне, а энергия обычно находится в диапазоне от 5 до 15 кэВ . Однако количество рожденных фотонов на одно пересечение границы очень мало: для частиц с γ = 2×10 ³ детектируется около 0,8 рентгеновских фотонов. Обычно для сбора достаточного количества фотонов переходного излучения для адекватного измерения используются несколько слоев чередующихся материалов или композитов — например, один слой инертного материала, за которым следует один слой детектора (например, микрополосковая газовая камера) и так далее.

За счет размещения границ раздела (фольг) очень точной толщины и разделения фольг эффекты когерентности изменят спектральные и угловые характеристики переходного излучения. Это позволяет получить гораздо большее количество фотонов в меньшем угловом «объеме». Применение этого источника рентгеновского излучения ограничено тем, что излучение испускается в виде конуса с минимальной интенсивностью в центре. рентген фокусирующие устройства (кристаллы/зеркала) непросто изготовить для таких диаграмм направленности.

Особым видом переходного излучения является диффузное излучение. Он излучается при условии, что заряженная частица пересекает среду со случайно-неоднородной диэлектрической проницаемостью^{9,10,11}.

См. также

• Детектор переходного излучения

Ссылки

9. С.Р.Атаян, Ж.С.Геворкян, Псевдофотонная диффузия и излучение заряженной частицы в случайно-неоднородной среде, Сов.Физ.ЖЭТФ, т.71(5),862,(1990).\\

10. ^Ж.С.Геворкян, Излучение релятивистской заряженной частицы в системе с одномерной хаотичностью, Phys.Rev.E, т.57,2338,(1998).\\

11. ^ Ж.С.Геворкян, К.П.Чен и Чин-Кун Ху, Новый механизм рентгеновского излучения релятивистской заряженной частицы в диэлектрической случайной среде, Phys.Rev.Lett. т.86,3324,(2001).

Источники

• Явление интерференции в оптическом переходном излучении и его применение для диагностики пучков частиц и измерений многократного рассеяния, Л. Вартски и др., Журнал прикладной физики, август 1975 г., том 46, выпуск 8, стр. 3644-3653 .

Внешние ссылки

• Статья о переходном излучении