迴旋輻射
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迴旋輻射的功率
非相對論電子的迴旋輻射的總功率可以表示成:
上式採用高斯單位制, ,是電子速率與光速的比; 是電子經典半徑,α是電子速率與磁場的夾角。可見,非相對論性電子迴旋輻射的功率與其能量平方成正比(即與β的平方成正比),與磁場強度的平方成正比。對於具有各向同性速度分布的電子,平均輻射功率:
迴旋輻射的譜分布
電子在均勻的磁場中受洛倫茲力的作用,進行圓周運動。迴旋輻射的基頻為電子在磁場中的迴旋頻率。如果不考慮電子質量的相對論改正,迴旋頻率為拉摩頻率,:
如果考慮電子的相對論改正,迴旋頻率不再為拉摩頻率,而是 。迴旋輻射幾乎全部能量都集中在基頻 上。除此之外,迴旋輻射還有一系列較弱的分立譜線。
迴旋輻射的角分布
由於迴旋輻射大部分能量集中在基頻上,因此可以用基頻輻射的角分布代替整個迴旋輻射的角分布。迴旋輻射的角分布大體上是各向同性的,在沿著磁場的方向輻射最強,垂直磁場的方向輻射最弱,前者強度為後者的2倍。
迴旋輻射的偏振特性
迴旋輻射在沿著磁場的方向為圓偏振,垂直磁場的方向為線偏振。其餘方向為橢圓偏振。
迴旋輻射的輪廓
實際情況中,迴旋輻射的譜線往往具有一定寬度,主要是由以下機製造成的:
- 譜線的自然寬度造成的輻射展寬,形狀為洛倫茲譜型;
- 電子在迴旋運動中和其他粒子相撞造成的碰撞展寬,形狀為洛倫茲譜型;
- 電子熱運動的都卜勒效應導致的譜線寬度,形狀為高斯譜型;
- 相對論效應導致不同速度的電子具有不同的質量
- 輻射自吸收導致的譜線展寬;
- 磁場的不均勻導致的譜線展寬。
譜線的寬度往往不是僅僅由一種機制引起的,而是由幾種機制聯合導致的,因此一般情況下譜線形狀既不是洛倫茲譜型也不是高斯譜型。
參考來源
- ^ Bekefi, George; Barrett, Alan, Electromagnetic Vibrations, Waves, and Radiation, USA: MIT Press, 1977, ISBN 0-262-52047-8