Синхротронное излучение

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 301↑

30.09.2003 Хронометраж

52:53

Стенограмма эфира

Что такое синхротронное излучение и каковы его свойства? Почему излучение электронов в циклических ускорителях в последнее время стало основным инструментом в исследовании взаимодействия электромагнитного излучения с веществом? Об искусственных и природных источниках синхротронного излучения — физики Виталий Михайлин и Владислав Халилов.

Участники:

Виталий Васильевич Михайлин — доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой оптики и спектроскопии физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, главный научный сотрудник НИИ ядерной физики

Халилов Владислав Рустемович — доктор физико-математических наук

Материалы к программе:

Синхротронное излучение — это электромагнитное излучение ультрарелятивистских электронов или позитронов, ускоряемых в циклических ускорителях.

Свойства: 1) непрерывный спектр от инфракрасного до рентгеновской области; 2) высокая интенсивность; 3) острая направленность; 4) высокая степень поляризации (линейной и круговой).

Область применения: 1) мощный эталонный источник в широком диапазоне спектра (ВУФ, Рентгеновский); 2) лазеры в микронном и выше диапазоне; 3) применение в физике, химии, биологии и т. д.

Источники синхротронного излучения (искусственные и природные). Одним из наиболее мощных искусственных источников СИ является синхротроны и накопители электронов и позитронов. Также используется близкое по сути к СИ ондуляторное излучение ОИ — спонтанное излучение электронов в периодическом (циклическая смена полярности) внешнем поле, вызывающем отклонение частиц на малые углы. Ондуляторы и виглеры устанавливаются в прямолинейные участки накопителя. Лазеры на свободных электронах.

Наиболее мощный синхротрон в России (2, 5 GeV) запущен в 1999 году в Курчатовском институте.

Природными источниками являются Радиогаллактики (к примеру, Крабовидная туманность), пульсары, квазары, взрывы сверхновых.

Теория Синхротронного излучения. СИ в своих главных чертах описывается методами классической электродинамики. Вместе с тем классическая электродинамика не вскрывает всех особенностей, связанных с дискретными свойствами СИ, и, прежде всего, это касается проблемы влияния дискретности излучения на движение частицы. Релятивисткая квантовая теория дает небольшие поправки к описание синхротронного излучения в сильных магнитных полях (космические феномены) и лазеров на свободных электронов ЛСЭ на основе магнитотормозного излучения.

Элементы классической теории СИ. Классически СИ рассматривается как излучение заряда, движущегося с ускорением, как непрерывный процесс испускания частицей электромагнитных волн. В основу решения задачи можно положить уравнение Дирака-Лоренца для точечного электрона, которое определяет движение заряда с учетом свойств создаваемого им поля излучения. В частности, из этой формулы следует подтверждения того факта, что в ультрарелятивистском случае движения заряда энергетические потери быстро растут.

Спектрально-угловое распределение мощности W, формула Шотта, учет поляризации. При выводе спектрально-углового распределения мощности используется:1) предполагается, что излучение мало влияет (радиационное трение) на движение электрона (на самом деле при больших энергиях это не так); 2) мощность излучения описывается теоремой Пойтинга; 3) используются выражения для потенциалов запаздывания, которые подвергаются Фурье-разложению; 4) усреднение по периоду вращения электрона; 5) при учете поляризации СИ векторный потенциал раскладывается на взаимно перпендикулярные составляющие. Формула представляет собой зависимость мощности излучения от угла (к плоскости орбиты) и номера гармоники.

Особенности углового распределения мощности. Для рассмотрения углового распределения мощности СИ необходимо просуммировать формулу Шотта по номеру гармоники. В случае нерелятивистского движения максимум мощности соответствует направлению вдоль магнитного поля, а при релятивистском максимум вблизи плоскости орбиты вращения электрона.

Особенности спектрального распределения мощности СИ. Спектральное распределение мощности можно получить, если проинтегрировать формулу Шотта по углу. В нерелятивистском случае максимум мощности излучения приходится на первую гармонику. В релятивистском случае положение совершенно меняется — максимум наблюдается при некой гармонике, зависящей от энергии электронов.

Распределение мощности СИ излучения напоминает распределение Планка для излучения абсолютно черного тела. Сравнивая в максимуме частоты излучения, находим, что для энергии электронов 1 Гэв эффективная температура имеет порядок 10⁷ К.

Когерентность СИ. Вышевыведенные формулы были рассмотрены для излучения одного электрона. В реальных ускорителях и накопительных кольцах источниками излучения являются порядка 10¹² электронов, так, что занимают всю орбиту (бетатрон), либо группируются в отдельные сгустки, заполняя часть орбиты (синхротрон, накопитель).

Следовательно, возникает интерференция и в зависимости от когерентности будет сильно зависеть полная мощность излучения. При расчетах было выяснено, что в коротковолновой области спектра, там, где мощность максимальна, синхротронное излучение некогерентно: электроны излучают независимо (если не учитывать вынужденных излучений) и мощность пропорционально количеству частиц. Когерентность можно наблюдать в длинноволновой части спектра ультрарелятивистских частиц (мощность пропорционально квадрату концентрации). В нерелятивистком случае при равномерном распределении электронов по орбите излучение сильно подавлено по сравнению с излучением одного электрона. Излучение также подавлено в релятивистском случае в случае больших концентраций, когда количество частиц имеет порядок номера критической гармоники.

Элементы квантовой теории СИ. Дальнейшие исследования СИ показали, что большинство важных свойств может быть описано только с помощью релятивистской квантовой теории. А при больших энергиях, как показывают квантовомеханические расчеты, классические формулы совершенно не применимы. Ранее считалось, что классические формулы для СИ применимы до энергий, при которых энергия излучаемого фотона мала по сравнению с энергией электрона E. При рассмотрении же проблемы влияния дискретности излучения на движение частицы оказалось, что квантовые свойства СИ проявляются при гораздо меньших энергиях.

Так как энергия электрона достаточно высока, то число излучений за время одного оборота электрона конечно. Дискретность излучения выступает как важный фактор, который сказывается на траектории частицы, вызывая ее квантовые флуктуации как следствие эффекта отдачи, испытываемой электроном при испускании им фотонов. Таким образом, радиус электрона квантуется.

Развитие квантовой теории СИ произведено на основе применения так называемых точных решений уравнения Дирака. Вводится волновая функция электрона в магнитном поле с заданием четырех квантовых чисел и решается уравнение Дирака по теории возмущений (квантовое поле излучения). В результате получены точные уравнения для описания свойств и распределения излучения и поведения релятивистского электрона в магнитном поле.

Индуцированные переходы в синхротронном излучении. На квантовых свойствах излучения релятивистских электронов в магнитном поле основаны лазеры на свободных электронах (ЛСЭ). Принцип же лазеров тесно связан с понятием индуцированного излучения (ради справедливости следует сказать, что классическая теория способна частично описать этот эффект в понятиях усиления излучения).

Из Энциклопедии:

Синхротронное излучение СИ (магнитотормозное) — это излучение электромагнитных волн заряженными частицами, движущимися с релятивистскими скоростями в однородном магнитном поле. Синхротронное излучение обусловлено ускорением, связанным с искривлением траекторий частиц в магнитном поле. Аналогичное излучение нерелятивистских частиц, движущихся по круговым или спиральным траекториям, называется циклотронным излучением; оно происходит на основной гиромагнитной частоте и ее первых гармониках. С увеличением скорости частицы роль высоких гармоник возрастает; при приближении к релятивистскому пределу излучение в области наиболее интенсивных высоких гармоник обладает практически непрерывным спектром и сосредоточено в направлении мгновенной скорости в узком конусе.

Сильная зависимость излучаемой мощности от массы частицы делает синхротронное излучение существенным для легких частиц — электронов и позитронов. Спектральное распределение излучаемой мощности определяется выражением.

Излучение отдельной частицы в общем случае эллиптически поляризовано с большой осью эллипса поляризации, расположенной перпендикулярно видимой проекции магнитного поля. Степень эллиптичности и направление вращения вектора напряженности электрического поля зависят от направления наблюдения по отношению к конусу, описываемому вектором скорости частицы вокруг направления магнитного поля. Для направлений наблюдения, лежащих на этом конусе, поляризация линейная.

Эффект реализуется в мощных ускорителях заряженных частиц — синхротронах и циклотронах.

Впервые синхротронное излучение наблюдалось в циклических ускорителях электронов (в синхротроне, поэтому и получило название «Синхротронный излучатель»). Потери энергии на синхротронном излучателе, а также связанные с синхротронным излучением квантовые эффекты в движении частиц необходимо учитывать при конструировании циклических ускорителей электронов высокой энергии. Синхротронный излучатель циклических ускорителей электронов используется для получения интенсивных пучков поляризованного электромагнитного излучения в ультрафиолетовой области спектра и в области «мягкого» рентгеновского излучения; пучки рентгеновского синхротронного излучения применяется, в частности, в рентгеновском структурном анализе.

Большой интерес представляет синхротронное излучение космических объектов, в частности, нетепловой радиофон Галактики, нетепловое радио- и оптическое излучение дискретных источников (сверхновых звезд, пульсаров, квазаров, радиогалактик). Синхротронная природа этих излучений подтверждается особенностями их спектра и поляризации. Согласно современным представлениям, релятивистские электроны, входящие в состав космических лучей, дают синхротронное излучение в космических магнитных полях в радио-оптическом, а возможно, и в рентгеновском диапазонах. Измерение спектральной интенсивности и поляризации космического синхротронного излучения позволяют получить информацию о концентрации и энергетическом спектре релятивистских электронов, величине и направлении магнитных полей в удаленных частях Вселенной.

Хронология открытия и использования синхротронного излучения:

1944 — Предсказание СИ (Д. Д. Иваненко, И. Я. Померанчук) — «светящийся электрон».

1945 — Описание свойств излучения (Л. А. Арцимович, И. Я. Померанчук).

1947 — Экспериментальное наблюдение СИ (США, Ф. Хабер).

1948 — Формула спектрального и углового распределения СИ (Д. Д. Иваненко, А. А. Соколов).

с 1954 — Экспериментальные исследования свойств СИ в СССР (МГУ-ФИАН, О. Ф. Куликов, Ф. А. Королев, М. Н. Якименко, А. С. Яров и др.).

1963 — Открытие эффекта Соколова-Тернова.

1967 — Первый в стране ВУФ-канал СИ (МГУ-ФИАН).

1971 — Ломоносовская премия за исследование СИ (А. А. Соколов, И. М. Тернов, Ф. А. Королев, О. Ф. Куликов).

с 1972 — Комиссия по СИ при Президиуме АН СССР (В. И. Гольданский, С. П. Капица).

с 1973 — Центр СИ в ИЯФ СО АН (Г. И. Будкер, Г. Н. Кулипанов, А. Н. Скринский и др.). Национальные конференции по СИ.

1977 — Регистрация ондуляторного излучения.

1983 — Открытие источника СИ в Курчатовском институте (Сибирь-1).

1999 — Открытие Сибири-2 (2,5 ГэВ) в РНЦ «Курчатовский институт».

2000 — Ломоносовская премия МГУ за применение СИ в спектроскопии твердого тела.

Из статьи В. В. Михайлина «Синхротронное излучение» (Современное естествознание: Энциклопедия. Т. 4. Физика элементарных частиц. Астрофизика. М., 2000).

Синхротронное излучение (СИ) в последнее время стало важнейшим инструментом исследования свойств вещества. Во всем мире создаются центры по использованию синхротронного излучения, строятся дорогостоящие источники. В 1999 году в Москве, в Российском научном центре «Курчатовский институт» начал функционировать источник синхротронного излучения — накопитель электронов на 2,5 ГэВ (и это дополнительно к шести уже действующим в России источникам — синхротронам и накопителям в Москве, Новосибирске и Томске). Синхротронное излучение используется сегодня практически во всех областях современной науки, где изучается взаимодействие электромагнитного излучения с веществом.

Открытие и исследование СИ. Синхротронное излучение — это электромагнитное излучение ультрарелятивистских электронов или позитронов, ускоряемых в циклических ускорителях. Если посмотреть шире, то это излучение заряженных частиц, движущихся по криволинейным траекториям, так как и это соответствует ускорению. То, что ускоряемый заряд излучает, известно давно. Особый интерес к излучению ускоряемых заряженных частиц появился в 40-х годах, когда возникла проблема, связанная с предельной энергией электронов, достижимой в бетатронах. Еще в 1944 году Д. Д. Иваненко и И. Я. Померанчук показали, что потери на магнитотормозное излучение в циклическом ускорителе пропорциональны четвертой степени энергии, до которой ускорены электроны. Первоначально это явление называлось «светящийся электрон». Но в работе Д. Д. Иваненко и И. Я. Померанчука не уточнялось, в какой области спектра излучает светящийся электрон. Потери на излучение безусловно стали учитываться при конструировании циклических ускорителей. Поиск излучения «светящегося электрона» начали экспериментаторы. Американский физик Д. Блюитт, работая на бетатроне, подтвердил теоретически предсказанные потери энергии на излучение по сокращению орбиты (1946 год). Само излучение он не обнаружил, так как искал его в СВЧ-области. Годом позже на синхротроне на 70 МэВ фирмы «Дженерал Электрик» Ф. Хабер при проведении профилактических работ на камере ускорителя в месте, где было снято металлизированное непрозрачное покрытие стеклянной камеры ускорителя, увидел яркий голубоватый свет, идущий от орбиты электронов. Поскольку экспериментально излучение впервые было обнаружено на синхротроне, его и назвали синхротронным.

Теоретики довольно скоро показали, что максимум излучения смещен в область высоких частот (по отношению к частоте вращения электрона на орбите ω₀ = с / (2πR), где c — скорость света, R — радиус орбиты электрона) и даже для маломощного ускорителя энергией всего 70 МэВ максимум уже смещается в область вакуумного ультрафиолета, а для современных синхротронов и накопителей — в рентгеновскую область и даже в область γ-излучения. В 1948 году появилась работа А. А. Соколова и Д. Д. Иваненко по спектральному и угловому распределению СИ (годом позже независимо аналогичная работа Ю. Швингера). Именно в этих работах приведена используемая сейчас формула для расчета спектральных и угловых характеристик СИ.

Следующим этапом было экспериментальное исследование свойств СИ и проверка теории. В 1956 году была опубликована работа П. Гартмана и Д. Томбуляна по экспериментальному исследованию спектральных и угловых характеристик ультрафиолетового излучения Корнельского синхротрона (США) на 300 МэВ. В эти же годы поляризационные характеристики СИ активно исследуют физики Московского университета (О. Ф. Куликов и др.). С начала 60-х годов началось использование СИ в эксперименте, сначала в атомной спектроскопии, а вскоре и в физике твердого тела. С 1967 года в совместных работах Московского университета и Физического института АН СССР (ФИАН) синхротронное излучение начали применять в спектроскопии твердого тела и для исследования высокоэнергетического возбуждения люминесценции. На синхротроне ФИАН на 680 МэВ С-60 был построен первый в России вакуумный ультрафиолетовый канал СИ.

Циклический ускоритель. Рассмотрим устройство циклического ускорителя электронов. Из инжектора (это, как правило, линейный ускоритель или микротрон) предварительно ускоренные электроны попадают на круговую орбиту ускорителя. Захват электронов в режим синхротронного ускорения возможен при достижении релятивистских скоростей частиц, ибо синхротронная равновесная орбита, по которой электрон движется с постоянной средней угловой частотой и медленно меняющимся радиусом, требует уже в начальном периоде, чтобы энергия частицы была релятивистской (Е = mc²). Поэтому синхротронному режиму ускорения предшествует предварительный этап ускорения либо в бетатроне, либо в специальном инжекторе типа линейного ускорителя или микротрона. На круговой орбите электроны удерживаются магнитным полем поворотных магнитов. В индукционном ускорителе (бетатроне) и несущее, и ускоряющее поля магнитные. Предел энергии, до которой ускоряются электроны в бетатроне, равен примерно 300 МэВ. В синхротроне магнитное поле в поворотных магнитах увеличивается по мере увеличения энергии электронов, чтобы удержать электроны на равновесной синхротронной орбите (синхронно с ускорением — отсюда и название синхротрон). Обычно круговая камера синхротрона разделяется на 4 части (квадранты), между которыми образуются прямолинейные промежутки. В один из них устанавливается резонатор с меняющимся электрическим полем, в котором электроны «подталкиваются» (ускоряются). Преимущества синхротрона существенны, так как магниты, в отличие от бетатрона, установлены только на криволинейных участках траектории, а потери энергии на СИ компенсируются. Предел достижимой энергии определяется теперь линейными размерами ускорителя, магнитными полями и потерями на СИ. Итак, в синхротроне ускоренный электрон движется со скоростью v, близкой к скорости света с.

Характеристики синхротронного излучения. Излучение нерелятивистских электронов имеет угловое распределение, характерное для диполя Герца. Для релятивистских частиц это распределение сдвигается в направлении движения из-за эффекта Доплера (источник движется со скоростью v ≈ с). При продольном ускорении (линейный ускоритель) векторы скорости и ускорения совпадают и распределение симметрично относительно направления. При поперечном ускорении распределение искажено в направлении движения, которое перпендикулярно ускорению. Деформированный конус излучения имеет здесь средний угол раскрытия δψ ≈ mc²/Е. При таком узком угловом распределении внешний наблюдатель видит излучение электронов не на всем круговом пути, а на коротком участке орбиты. Он регистрирует не только частоту обращения электронов, но, вследствие ультрарелятивистских скоростей также и высшие гармоники излучения вплоть до лежащих в высокоэнергетической области спектра (длина волны излучения достигает 10⁻⁹ см).

Наиболее важны для практических применений следующие свойства СИ. Для ультрарелятивистского электрона СИ сосредоточено в плоскости орбиты электрона и благодаря релятивистским эффектам является остронаправленным. В каждый момент излучение заключено в конусе с углом раствора 1/γ и направлено по касательной к траектории в точке излучения (γ — релятивистский фактор, γ = Е/(mс²)). Благодаря острой направленности излучение приходит в точку наблюдения в виде короткого импульса. Эффект Доплера приводит к тому, что максимум мощности излучения не приходится на частоту обращения ω₀, а смещен в область более высоких частот. Отсюда естественно следует, что максимум излучения смещается.

Даже такое элементарное рассмотрение дает две важные для практики характеристики СИ: угол раствора излучения и длину волны максимума излучения. Кривая спектрального распределения СИ по виду напоминает планковское распределение для абсолютно черного тела. При таком условном сопоставлении синхротрон ФИАН на 680 МэВ подобен черному телу с температурой ~10⁶ К, а синхротрон ДЭЗИ — с температурой 10⁷ К. Другими наземными источниками, обладающими таким спектром, могут быть высокотемпературная плазма или ядерный взрыв (существенно менее удобный источник для целей спектроскопии).

Одними из первых в 1956 году спектральное распределение интенсивности СИ исследовали Ю. М. Адо и П. А. Черенков. Исследования были проведены в видимой области спектра при энергиях электронов 150–250 МэВ; результаты хорошо согласуются с теоретическими данными. Пионерами в исследовании поляризационно-угловых характеристик СИ были О. Ф. Куликов с соавторами. На синхротроне ФИАН на 680 МэВ ими были получены фотографии углового распределения интенсивности СИ в компонентах линейной поляризации излучения для энергии электронов 250 МэВ. Сравнивая экспериментальные данные, полученные в результате суммирования излучения электронов за все время цикла ускорения, с теоретическими, можно отметить, что компонента линейной поляризации с электрическим вектором, перпендикулярным плоскости орбиты (p-компонента), имеет характерное угловое распределение с минимумом в плоскости орбиты. Компонента с электрическим вектором, параллельным плоскости орбиты (s-компонента), имеет максимум в плоскости орбиты. Непосредственно в плоскости орбиты излучение почти полностью линейно поляризовано (эксперимент показал, что провал в угловом распределении компоненты все же не доходит до нуля). Вырезая излучение в плоскости орбиты, можно получить линейную поляризацию, достигающую 98%. Усредненная по всем углам и длинам волн степень линейной поляризации все еще очень высока и достигает 75%.

Временная структура СИ связана с типом машины. На синхротроне цикл ускорения, как правило, повторяется с частотой 50 Гц, и с такой же частотой повторяются пакеты импульсов СИ, промодулированные внутри пакетов с частотой обращения электронов на орбите. Длина сгустка электронов на орбите определяет длительность этого минимального импульса, которая достигает сотен пикосекунд. Если на орбите несколько сгустков, то частота повторения будет кратной частоте обращения. В накопителях электроны живут на орбите часами. Здесь важно учесть длину сгустка, достигающую нескольких сантиметров (длительность до 100 пс), число сгустков на орбите и частоту обращения электрона. Постепенно интенсивность импульсов СИ снижается из-за потери частиц с орбиты.

Накопитель имеет серьезные преимущества перед синхротронами как источник СИ, в частности, благодаря возможности длительного использования излучения моноэнергетических электронов. На синхротроне в отличие от накопителя в каждом цикле ускорения необходимо при помощи прерывателя (механического модулятора) выделять временной участок (при частоте 50 Гц этот участок ~ 5 мс), на котором электроны можно считать моноэнергетическими (вершина синусоиды). Это существенно снижает эффективность использования синхротрона в качестве источника.

У накопителей как источников СИ есть и другие важные преимущества, связанные с меньшим сечением пучка электронов, возможностью накопления большого числа частиц на орбите, более высоким вакуумом (10⁻⁹ торр), более низким радиационным фоном вокруг накопителя, что позволяет располагать аппаратуру в непосредственной близости от источника СИ, и др. Синхротроны как источники СИ сыграли важную историческую роль в освоении СИ: на них оно было обнаружено, исследованы его основные характеристики, начаты (и идут до сих пор) эксперименты по его использованию. Но будущее, конечно, за накопителями: именно на основе накопителей созданы и разрабатываются специализированные источники СИ.

Применения синхротронного излучения. Основными областями спектра, в которых наиболее эффективно применяется СИ, являются вакуумная ультрафиолетовая, мягкая рентгеновская и рентгеновская области. Именно в этих областях СИ имеет наибольшее преимущество перед другими источниками. Исследование в области ВУФ и мягкого рентгена дают очень важную информацию для понимания электронной структуры твердого тела. Существенный прогресс в этой области стал возможен благодаря, с одной стороны, применению СИ, с другой — теоретическим расчетам зонной структуры. Теоретический расчет дает дисперсию энергии от волнового вектора и приведенную плотность состояний в зависимости от энергии.

Использование СИ для исследования спектров твердых тел позволило расширить спектральную область измерений и систематически исследовать переходы из внутренних состояний остова, являющихся плоскими в пространстве квазиимпульса. Исследование таких переходов позволяет получить дополнительную информацию о структуре зоны проводимости.

С поглощением в рентгеновской области связан успешно развиваемый метод измерения протяженной тонкой структуры рентгеновского поглощения ЕХАFS. Метод ЕХАFS основан на измерении с высоким разрешением тонкой структуры в коэффициенте поглощения при энергиях на сотни электрон-вольт выше К-края поглощения исследуемого атома. Модуляция поглощения вызвана интерференцией электронной волны, излученной возбужденным атомом, и волн, отраженных соседними атомами. Метод позволяет определить взаимное расположение атомов в твердом теле с точностью до 10⁻¹⁰ см. Этот метод применяется и для исследования поверхности.

Разработана модификация метода, в которой для получения информации о структуре ЕХАFS используются спектры возбуждения люминесценции. Этот вариант метода, развитый итальянским физиком А. Бьянкони, позволяет исследовать структуру кристаллов и биологических объектов, обладающих люминесценцией. Необходимость применения СИ для исследования люминесценции вызвана тем, что в качестве оснований люминофоров применяются, как правило, широкозонные кристаллы. Характерный для этих кристаллов электронный спектр лежит в вакуумной ультрафиолетовой области (5–50 эВ). Именно в этой области — области фундаментального поглощения — проявляются межзонные переходы валентных электронов, экситоны и плазмоны. Для понимания механизма возбуждения люминофоров особенно важны и более высоко энергетические возбуждения люминесценции кристаллофосфоров при энергиях, во много раз превышающих ширину запрещенной зоны. В этом случае возбуждаются уже переходы электронов из внутренних оболочек образующих кристалл атомов. Понимание процессов возникновения и миграции этих высокоэнергетических возбуждений к центру свечения является фундаментальной задачей люминесценции кристаллофосфоров. При этом важную роль играют механизмы размножения элементарных возбуждений. При поглощении фотонов с энергией, большей двух или более ширин запрещенной зоны, в результате распада созданных непосредственно в момент поглощения высокоэнергетических электронных возбуждений каждый фотон генерирует в кристалле более одного электронного возбуждения меньшей энергии. Положение границы начала процесса размножения электронно-дырочных пар связано с отношением эффективных масс электрона и дырки и меняется для разных кристаллов от 2 Еg до 4 Еg.

Высокая яркость источников СИ позволяет проводить спектроскопические исследования с экстремально высоким спектральным разрешением при более коротких экспозициях. Использование поляризационных свойств СИ позволяет исследовать пространственную анизотропию объектов. Исследование поглощения и флюоресценции газов и паров несет информацию о строении внутренних оболочек атомов. Исследование молекулярных спектров с помощью СИ позволяет получить информацию о процессах фотоионизации и фотодиссоциации в молекулярных системах. При этом удается зарегистрировать спектры поглощения молекул с предельным разрешением.

Наряду с многочисленными применениями СИ в научных исследованиях есть ряд работ, имеющих важное прикладное значение, в частности, применение СИ в микролитографии. В последнее время американская фирма IВМ провела ряд исследований, показавших большие преимущества применения СИ в микролитографии для получения элементов микросхем. Стоимость специализированных источников СИ (накопителей электронов) довольно высокая: накопитель на 700 МэВ стоит порядка 20 млн долларов, однако качественное улучшение параметров микросхем и резкое повышение производительности в значительной мере окупают затраты на такой источник. Разрабатываются и другие применения СИ, имеющие прикладное значение. Мощность СИ можно использовать для фотосинтеза углеводородов, окисей азота и др. СИ можно использовать для исследования радиационного воздействия на материалы и приборы вне атмосферы, что очень важно для космического материаловедения. Рентгеновское монохроматизированное СИ может найти применение в рентгенодиагностике, что позволит на порядки снизить радиационную нагрузку на человека при рентгеновском обследовании. Возможно применение СИ в радиационной технологии и радиационно-химических процессах. В последнее время наблюдается бурное развитие работ по применению СИ и в науке, и в технике.

Библиография

Иваненко Д. Д., Померанчук И. Я. О максимальной энергии, достижимой в бетатроне // Докл. АН СССР. 1944. Т. 44

Иваненко Д. Д., Соколов А. А. К теории светящегося электрона // Докл. АН СССР. 1948. Т. 59

Королев Ф. А., Куликов О. Ф. Исследование отношений интенсивности компонент поляризации излучения «светящегося» электрона//Оптика и спектроскопия. 1960. Т. 8

Михайлин В. В., Тернов И. М. Синхротронное излучение. М., 1988

Михайлин В. В. Люминесценция кристаллофосфоров при возбуждении синхротронным излучением//Краткие сообщения по физике ФИАН. 1995. № ¾

Теория излучения релятивистских частиц / Сб. статей под ред. В. А. Бордовицына. М., 2002

Тернов И. М., Михайлин В. В. Синхротронное излучение. Теория и эксперимент. М., 1986

Тернов И. М. //Успехи физических наук. 1995. Т. 165

Тернов И. М. Введение в физику спина релятивистских частиц. М., 1997

Синхротронное излучение/Сб. ст. под ред А. А. Соколова, И. М. Тернова. М., 1965

Синхротронный источник ОИЯИ: Перспективы исследований: Материалы Второго Международного рабочего совещания. Дубна, 2–6 апреля 2001 / Под ред. И. Н. Мешкова, В. В. Михайлина, Г. Д. Ширкова. Дубна, 2002

Соколов А. А., Тернов И. М. Релятивистский электрон. М., 1983

Bagrov V.G., Bordovitsyn V. A. Classical Theory of Synchrotron Radiation / Radiation Theory of Relativistic Particles / Ed. by V. A. Bordovitsyn. Moscow, 2002

Synchrotron Radiation Theory and Its Development. In memory of I. M. Ternov/Ed. by V. A. Bordovitsyn. Singapore, 1999

Ternov I.M., Mikhailin V.V., Khalilov V. R. Synchrotron Radiation and Its Applications. N.Y., London, 1985

Тема № 301

Эфир 30.09.2003

Хронометраж 52:53

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz