自由電子在磁場中的輻射本科畢業(yè)論文-資料下載頁
2025-06-23 22:32本頁面
【正文】 曲率輻射在磁場很強(qiáng)的情況下，非相對論熱電子的回旋輻射是很很重要的機(jī)制，然而相對論電子得不到持續(xù)不斷的大量的提供，而使得同步輻射機(jī)制的重要性變小，這是由于相對論電子在強(qiáng)磁場條件下壽命太短。雖然相對論電子在垂直于場強(qiáng)的速度很快消亡（轉(zhuǎn)變成的非相對論電子），但是在平行于磁場的速度仍保持相對論性，此時(shí)在磁場中就會(huì)產(chǎn)生一種新的輻射機(jī)制曲率，它是同步輻射的補(bǔ)充，有很大的重要性。曲率輻射是指相對論電子在很強(qiáng)的磁場中沿彎曲磁力線運(yùn)動(dòng)是而產(chǎn)生的輻射。由于電子沿磁力線的運(yùn)動(dòng)是相對論運(yùn)動(dòng)，于是其運(yùn)動(dòng)類似沿圓軌道運(yùn)動(dòng)的相對論電子，因此曲率輻射的性質(zhì)與同步輻射相似。 宇宙中的回旋輻射、同步輻射和曲率輻射同步輻射是非熱輻射，其輻射主要集中在在射電波段。宇宙空間中，許多Seyfert星系在光學(xué)波段很暗，但在射電波段卻異常地亮，比太陽差不了多少（注意，這些河外星系到地球的距離是太陽到地球距離的1012倍）。這類Seyfert星系在射電波段的輻射光度Lν∝να,α。同時(shí)，射電波段的輻射是高度偏振的。這說明這類Seyfert星系發(fā)射同步輻射。在Seyfert星系的外圍存在尺度達(dá)幾千光年的射電瓣，射電瓣中有強(qiáng)度為109特斯拉的磁場。根據(jù)前面的計(jì)算公式，相對論性自由電子在5GHz的頻率附近可以同步輻射一千萬年。但是如果在1015GHz的可見光波段，電子的同步輻射“壽命”就只有幾千年。而X射線波段的壽命更短了。對于擁有強(qiáng)磁場（104109T）的脈沖星，同步輻射和曲率輻射要強(qiáng)烈得多。天文學(xué)家認(rèn)為隨著脈沖星旋轉(zhuǎn)的磁場產(chǎn)生強(qiáng)電場（約1014V/m），加速了脈沖星表面的電子和質(zhì)子。自由電子和質(zhì)子獲得了足夠的動(dòng)能，有些垂直強(qiáng)磁場運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生同步輻射，有些沿兩磁極處的磁力線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了曲率輻射。六、回旋輻射、同步輻射和曲率輻射的應(yīng)用由于同步輻射具有上述特點(diǎn)，它在物理學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)以及生命科學(xué)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，和醫(yī)學(xué)、光刻、顯微照相等技術(shù)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。在研究光子與物質(zhì)相互作用領(lǐng)域，同步輻射使傳統(tǒng)的的光電子譜技術(shù)增加了很多功能，因?yàn)樗蛦紊珒x配合能夠獲得從真空紫外到x射線范圍，波長連續(xù)可變的單色光子。因此，在固體表面和界面的研究中促進(jìn)了微電子工業(yè)和化學(xué)工業(yè)等方面的迅速發(fā)展。有波動(dòng)理論可知，用輻射探測物體時(shí)波長必須等于或小于這個(gè)物體的線度，而同步輻射具有高分辨率，高亮度X射線的特性，則對研究原子和分子的結(jié)構(gòu)是非常適合的。所得到的顯微照相可顯示試樣的化學(xué)成分，由此在分子生物學(xué)，微電子學(xué)等領(lǐng)域可以提供重要的信息。分子內(nèi)的電子對X射線光子的吸收是取決于分子相對偏振的取向，而同步輻射的偏振性質(zhì)可用來測定吸附在表面上的分子的排列取向，這一測定所得到的信息，對研究腐蝕、催化過程是很重要的。同步輻射的獨(dú)特性能也能給工業(yè)與醫(yī)學(xué)方面提供可能性。由于同步輻射源提供的高亮度，高分辨率的X射線束，可以獲得清晰度很高的衍射圖樣，因而可了解試樣的晶體結(jié)構(gòu)，為提高藥品質(zhì)量、研制性能優(yōu)良的聚合物材料提供了依據(jù)。目前同步輻射在材料科學(xué)每個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，例如，波音公司研發(fā)了一種新型聚合樹脂，在757型飛機(jī)上替代鋁材，使得飛機(jī)重量減少了30%，成本大幅度減少。在醫(yī)學(xué)上，例如使用同步輻射波長可調(diào)的特性，可以用來拍攝X光照片，如波長調(diào)到對比顯示劑碘的吸收邊時(shí)，是它的靈敏度有二、三個(gè)量級的提高，如此和常規(guī)的X光源相比較，以同步輻射光源顯示冠狀動(dòng)脈的血管圖具有更好的效果。參考文獻(xiàn)[1] Martin Harwit，《Astrophysical Concepts (Third Edition)》,SpringerVerlag, p228233[2] Blumenthol and Could. Rev, Mod, Phys.， 42(1970)237[3] Bekefi,G,Radiation Processes in Plasmas,wiley,New York,1966[4] Heitler,“The Quantum Theory of Radiation”,1954[5] Kompaneets, A .S.,Soviet Phys, JETP, 1957, 4, 730。[6] Weymann, R., Phys. Fluilds,1965, 8, 2112。[7] Ross, R.R., Weaver, R., McCray, R., Astrophys. J., 1978, 219, p292。[8] Sunyaev, R., Zeldovich, Y., Smallscale fluctuations of relic radiation, Astrophysics and Space Science, 1970, 7, p3–19.致謝在本文的寫作過程中，我特別要感謝我的指導(dǎo)老師袁金照，他在最初我無法找到資料，甚至對于自己的寫作內(nèi)容都很生疏的情況下是老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，淵博的學(xué)識。不僅幫助我了解了內(nèi)容，同時(shí)再次過程中幫助我掌握了怎樣快速、高效完成學(xué)習(xí)的方法。此外，還讓我明白了一個(gè)道理，“大多數(shù)人在獨(dú)立完成一件事時(shí)，往往是被自己所打敗的?！币虼?，我時(shí)刻告誡自己無論遇到多大的困難都要堅(jiān)持下去，或許有的時(shí)候收獲是出乎意料的。在學(xué)作過程中雖然光鍵在于自己，但是如果沒有老師在百忙之中仍不忘認(rèn)真地批閱并及時(shí)提出寶貴的建議。是不會(huì)有今天我對論文的深刻認(rèn)識和較為圓滿的成果。
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