回旋辐射
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回旋辐射的功率
非相对论电子的回旋辐射的总功率可以表示成:
上式采用高斯单位制, ,是电子速率与光速的比; 是电子经典半径,α是电子速率与磁场的夹角。可见,非相对论性电子回旋辐射的功率与其能量平方成正比(即与β的平方成正比),与磁场强度的平方成正比。对于具有各向同性速度分布的电子,平均辐射功率:
回旋辐射的谱分布
电子在均匀的磁场中受洛伦兹力的作用,进行圆周运动。回旋辐射的基频为电子在磁场中的回旋频率。如果不考虑电子质量的相对论改正,回旋频率为拉摩频率,:
如果考虑电子的相对论改正,回旋频率不再为拉摩频率,而是 。回旋辐射几乎全部能量都集中在基频 上。除此之外,回旋辐射还有一系列较弱的分立谱线。
回旋辐射的角分布
由于回旋辐射大部分能量集中在基频上,因此可以用基频辐射的角分布代替整个回旋辐射的角分布。回旋辐射的角分布大体上是各向同性的,在沿着磁场的方向辐射最强,垂直磁场的方向辐射最弱,前者强度为后者的2倍。
回旋辐射的偏振特性
回旋辐射在沿着磁场的方向为圆偏振,垂直磁场的方向为线偏振。其余方向为椭圆偏振。
回旋辐射的轮廓
实际情况中,回旋辐射的谱线往往具有一定宽度,主要是由以下机制造成的:
- 谱线的自然宽度造成的辐射展宽,形状为洛伦兹谱型;
- 电子在回旋运动中和其他粒子相撞造成的碰撞展宽,形状为洛伦兹谱型;
- 电子热运动的多普勒效应导致的谱线宽度,形状为高斯谱型;
- 相对论效应导致不同速度的电子具有不同的质量
- 辐射自吸收导致的谱线展宽;
- 磁场的不均匀导致的谱线展宽。
谱线的宽度往往不是仅仅由一种机制引起的,而是由几种机制联合导致的,因此一般情况下谱线形状既不是洛伦兹谱型也不是高斯谱型。
参考来源
- ^ Bekefi, George; Barrett, Alan, Electromagnetic Vibrations, Waves, and Radiation, USA: MIT Press, 1977, ISBN 0-262-52047-8