Эффекты релятивистской кинематики в теории изучения быстрых частиц

• Автор: Буленок, Вадим Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 115 с. : ил

Оглавление
Введение

1 Основные характеристики релятивистского излучения

1.1 Потенциалы и поля релятивистских частиц, движущихся во внешних электромагнитных полях

1.1.1 Заряд, движущийся по произвольной траектории

1.1.2 Магнитный момент, прецессирующий во внешних полях

1.2 Ковариантное определение мощности излучения заряда

1.2.1 Тензор энергии импульса

1.2.2 Потери энергии на излучение и сила радиационного

трения
1.2.3 Волновая зона излучения
1.3 Угловые характеристики излучения как следствие кинематики релятивистских частиц
1.3.1 Индикатрисы излучения заряда
1.3.2 Поляризационные индикатрисы излучения заряда
1.3.3 Индикатрисы излучения магнитного момента
2 Низкочастотное и когерентное синхротронное излучение
2.1 Общие свойства спектрально - углового распределения излучения (формула Шотта)

2.2 Влияние релятивистской кинематики движения заряда на свойства спектрально - углового распределения излучения .
2.2.1 Некоторые особенности углового распределения полной мощности
2.2.2 Излучение на первой гармонике
2.2.3 Особенности углового распределения излучения на более высоких гармониках
2.2.4 О возможностях наблюдения низкочастотного излучения
2.3 Когерентное излучение электронов, равномерно распределенных по окружности
2.4 Когерентное синхротронное излучение сгустков электронов .
3 Кинематический метод формирования профилей излучения пульсаров
3.1 Профили веерного синхротронного излучения из экваториальной плоскости магнитосферы пульсаров
3.2 Сравнение с наблюдаемыми профилями
3.3 Поляризация и профили синхротронного излучения пульсаров
Заключение
Литература

Введение
Теория излучения релятивистских частиц является одним из наиболее выдающихся открытий в физике 20-го века. Значение этой теории состоит в том, что она не только способствовала развитию фундаментальных представлений о свойствах материи, но и внесла существенный вклад в разработку многих современных принципиально новых и прогрессивных технологий. Наиболее ярким примером является излучение релятивистских электронов в синхротронах. В настоящее время синхротронное излучение открывает все новые и новые перспективы исследований в физике и астрофизике частиц высоких энергий, в спектроскопии твердого тела (фотоэлектронная спектроскопия, кристаллография, рентгеновская люминис-ценция), в биологии (исследование структуры молекул ДНК), в медицине (ангиография, фильтрация крови), в геологии (элементный анализ), в экологии (анализ атмосферы аэрозолей, почвы и воды), в создании новых перспективных технологий (микроэлектроники, микромеханики, конструировании новых композитных материалов) и даже в сельском хозяйстве(более подробно об этом см. [1-4]).
Справедливости ради заметим, что синхротронное излучение как излучение заряда, движущегося по окружности, известно науке давно. Этой проблемой на основе уравнений Максвелла стали заниматься еще в конце 19-века. И первый, кто получил формулу полной мощности излучения релятивистской частицы, движущейся по окружности был A.A. Льенар

Рассмотрим случай, когда ускорение перпендикулярно скорости, что соответствует движению частиц в синхротроне. Индикатриса синхротронного излучения имеет вид
. . (1 -- /3 COS0)2 — (і — /З2) SHI2 0COS
РУ і (Р) 7Z д л5 *
(1 — pcos в)Ь
Заметим, что эта функция симметрична относительно обеих плоскостей /За и /ЗН (см. рис. 1.7а,б). Более полную информацию можно получить, исследуя сечения индикатрисы этими плоскостями:
р(в, V? = 0, тг) = 5 » Р(^=±д) =
(1 — /3cos#)5’ ’ 2 (1 — /3 cos 0)5"
Главный максимум излучения приходится на направление движения, т.е. при 9 — 0. Направления, в которых излучение отсутствует, определяются условием cos 9тin = /3. В нерелятивистском случае они почти совпадают с направлениями вдоль или против ускорения (0min ~ 7г/2). Угол вт;п уменьшается с увеличением скорости, в то же время при 0.63 < /3 < 1 появляется вторичный максимум. Представляет интерес дать оценку отношения мощностей излучения в направлениях ’’вперед-назад”:

р(9 = 0,<р) /1+ /
р(в = ж,(р) Vі — /
ре 26уб,

а также отношения мощностей главного и вторичного максимумов излуче-

P(S = 0,V) = 4^(1 + /4V.« 231.48.
P( Сечения индикатрис синхротронного излучения для различных /3 представлены на рис. 1.7 а,б,в. Сечения плоскостью аН даются кривой
р(в = 7г/2, ip) = sin2 р + /З2 cos2 у?.