През дупката за понички Synchrotron, сп. Popular Mechanics
Представете си невъзможното. Ще влезем със запален фенер в тъмна стая, ще завържем въже за фенера и ще започнем да го въртим силно. Светлината му първо ще извади обект по обект от тъмнината, а след това ще ускорим фенера и светлината му първо ще се слее в пръстен, а след това ... ще се откъсне по тангенциален път, осветявайки моментално материала, необходим за изследване непоносима светкавица. Ще кажете: „Това не се случва“ - и ще бъдете прави.
Но само когато става въпрос за фенерче. Ако ускорите снопчета електрони или протони до скорости, близки до светлината, в циклично, подобно на огромен поничка, ускорител, можете да получите ефект, напомнящ на описания експеримент. С други думи, ще се появи синхротронно лъчение.
Полето се откъсва
При ускоряване зарядът започва да излъчва електромагнитни вълни перпендикулярно на посоката на ускорението. Когато зарядът се движи в кръг, центростремителното ускорение винаги е насочено към центъра и следователно излъчването е тангенциално (перпендикулярно на радиуса, по който е насочено ускорението). Колкото по-бързо се движи зарядът (или колкото по-стръмен е неговият завой), толкова по-голямо е ускорението и следователно толкова по-силно е излъчването.
Поради факта, че синхротронното излъчване консумира по-голямата част от енергията, консумирана от ускорителя, би могло да се счита за вреден страничен ефект. Но ако изградите вакуумен канал „клон“ с дължина няколко десетки метра и насочите лъча на лъчението към изследваната цел, тогава свръхвисоката интензивност и тясната насоченост, подобно на лазерен лъч, ще го превърне в прекрасен инструмент за изследване . Избликът на синхротронно излъчване продължава по-малко от милиардна част от секундата и повтаря всеки оборот на електронния лъч. Тоест с почивка от няколко микросекунди. В светлината на тази светкавица е удобно да се изучават интензивни процеси, протичащи много бързо. Например „фотографирайте“ какво се случва в експлозива в момента на детонация. Днес синхротронното лъчение се използва в изследванията на материалите, медицината и биотехнологиите.
В началото имаше рентгенова снимка
Немският физик Конрад Рентген, който през 1895 г. открива неизвестни досега лъчи, ги нарича Хлучи, тъй като не разбира тяхната природа. Но можете да използвате явлението, без да разберете как се случва. И както стана ясно веднага, рентгеновите лъчи (както ги наричат на руски) ви позволяват да погледнете вътре в твърди тела. И не само вътре в човешкото тяло, но например в течни кристали, полупроводници и дори сложни биологични молекули като ДНК. Вътре в човек можете да видите костите на скелета, а вътре в неживите предмети - например подреждането на атомите. Сега знаем, че Hluchi са електромагнитни вълни, разположени по скалата на дължината на вълната между ултравиолетовото и гама лъчението.
Лиенар показа, че електрон, движещ се по кръгова орбита, интензивно излъчва електромагнитни вълни, и даде формула за това как частица, движеща се по кръгова траектория, губи енергия, когато се излъчва.
Теоретиците си казаха думата и до 40-те години на миналия век, когато започна първата работа по ускорителите, те не помнеха за синхротронното излъчване. И около 1940 г. започва експериментална работа върху бетатрони. Първият от тях с енергия от 2.320 MeV е построен през 1940-1942 г. от Университета на Илинойс (САЩ) и General Electric. И през 4044 г. съветските учени Исаак Померанчук и Дмитрий Иваненко за първи път развиват теорията на синхротронното излъчване, приложена към ускорителите на пръстеновидните частици. Бащите-основатели, както ги наричат руските последователи, отбелязват, че загубите, дължащи се на магнитно тормозно излъчване в цикличен ускорител, са пропорционални на четвъртата степен на енергията, до която се ускоряват електроните.
Окото на Гъливер
Ако оптичен микроскоп, с помощта на който изследователите са изучавали малки детайли от предмети, може да се побере на лабораторна маса, а рентгеновите тръби се побират в малки помещения, то съвременните ускорители са по-скоро като големи фабрики. Източниците на синхротронно лъчение могат да се нарекат „супермикроскопи“: с тяхна помощ е възможно да се изследват детайли, които са недостъпни не само за микроскопите, но и за много други инструменти. Така че, за да нахлуете в микросвета, трябва да използвате доста "Gulliver" устройства.