सिंक्रोट्रॉन विकिरण का स्पेक्ट्रम उतना महान नहीं है। यानी इसे कुछ ही प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। यदि कण गैर-सापेक्ष है, तो ऐसे विकिरण को साइक्लोट्रॉन उत्सर्जन कहा जाता है। दूसरी ओर, यदि कण प्रकृति में आपेक्षिक हैं, तो उनकी परस्पर क्रिया से उत्पन्न होने वाले विकिरणों को कभी-कभी अतिसापेक्षवादी कहा जाता है। तुल्यकालिक विकिरण या तो कृत्रिम रूप से प्राप्त किया जा सकता है (सिंक्रोट्रॉन या भंडारण के छल्ले में) या स्वाभाविक रूप से चुंबकीय क्षेत्रों के माध्यम से तेजी से इलेक्ट्रॉनों के चलने के कारण। इस प्रकार उत्पन्न विकिरण में एक विशिष्ट ध्रुवीकरण होता है, और उत्पन्न आवृत्तियाँ पूरे विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम में भिन्न हो सकती हैं, जिसे सातत्य विकिरण भी कहा जाता है।
उद्घाटन
इस घटना का नाम 1946 में निर्मित एक जनरल इलेक्ट्रिक सिंक्रोट्रॉन जनरेटर के नाम पर रखा गया था। इसके अस्तित्व की घोषणा मई 1947 में वैज्ञानिक फ्रैंक एल्डर, अनातोली गुरेविच, रॉबर्ट लैंगमुइर और हर्ब ने की थीपोलक ने अपने पत्र "सिंक्रोट्रॉन में इलेक्ट्रॉनों से विकिरण" में लिखा है। लेकिन यह केवल एक सैद्धांतिक खोज थी, आप इस घटना के पहले वास्तविक अवलोकन के बारे में नीचे पढ़ेंगे।
स्रोत
जब उच्च-ऊर्जा कण त्वरण में होते हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉनों को एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा घुमावदार पथ के साथ चलने के लिए मजबूर किया जाता है, तो सिंक्रोट्रॉन विकिरण उत्पन्न होता है। यह एक रेडियो एंटीना के समान है, लेकिन इस अंतर के साथ कि सैद्धांतिक रूप से सापेक्ष गति लोरेंत्ज़ गुणांक द्वारा डॉपलर प्रभाव के कारण देखी गई आवृत्ति को बदल देगी। सापेक्ष लंबाई का छोटा होना फिर एक अन्य कारक द्वारा देखी गई आवृत्ति को हिट करता है, जिससे गुंजयमान गुहा की आवृत्ति GHz बढ़ जाती है जो एक्स-रे रेंज में इलेक्ट्रॉनों को तेज करती है। विकिरित शक्ति आपेक्षिक लार्मर सूत्र द्वारा निर्धारित होती है, और विकिरणित इलेक्ट्रॉन पर बल अब्राहम-लोरेंत्ज़-डिराक बल द्वारा निर्धारित किया जाता है।
अन्य विशेषताएं
विकिरण पैटर्न को एक आइसोट्रोपिक द्विध्रुवीय पैटर्न से विकिरण के अत्यधिक निर्देशित शंकु में विकृत किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन विकिरण एक्स-रे का सबसे चमकीला कृत्रिम स्रोत है।
प्लानर त्वरण की ज्यामिति कक्षा के तल में देखे जाने पर विकिरण को रैखिक रूप से ध्रुवीकृत करने लगती है और उस विमान से मामूली कोण पर देखने पर गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत हो जाती है। हालांकि, आयाम और आवृत्ति ध्रुवीय क्रांतिवृत्त पर केंद्रित हैं।
सिंक्रोट्रॉन विकिरण का स्रोत भी विद्युत चुम्बकीय विकिरण (EM) का एक स्रोत है, जो हैवैज्ञानिक और तकनीकी उद्देश्यों के लिए डिज़ाइन किया गया एक भंडारण रिंग। यह विकिरण न केवल भंडारण के छल्ले द्वारा, बल्कि अन्य विशेष कण त्वरक द्वारा भी उत्पन्न होता है, आमतौर पर इलेक्ट्रॉनों को तेज करता है। एक बार एक उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्पन्न होने के बाद, इसे सहायक घटकों जैसे कि झुकने वाले मैग्नेट और सम्मिलन उपकरणों (अंडुलेटर या विगलर) के लिए निर्देशित किया जाता है। वे मजबूत चुंबकीय क्षेत्र, लंबवत बीम प्रदान करते हैं, जो उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को फोटॉन में परिवर्तित करने के लिए आवश्यक हैं।
सिंक्रोट्रॉन विकिरण का उपयोग
सिंक्रोट्रॉन प्रकाश के मुख्य अनुप्रयोग संघनित पदार्थ भौतिकी, सामग्री विज्ञान, जीव विज्ञान और चिकित्सा हैं। सिंक्रोट्रॉन लाइट का उपयोग करने वाले अधिकांश प्रयोग इलेक्ट्रॉनिक संरचना के सब-नैनोमीटर स्तर से माइक्रोमीटर और मिलीमीटर के स्तर तक पदार्थ की संरचना के अध्ययन से संबंधित हैं, जो चिकित्सा इमेजिंग के लिए महत्वपूर्ण है। एक व्यावहारिक औद्योगिक अनुप्रयोग का एक उदाहरण एलआईजीए प्रक्रिया का उपयोग करके सूक्ष्म संरचनाओं का उत्पादन है।
सिंक्रोट्रॉन विकिरण भी खगोलीय पिंडों द्वारा उत्पन्न होता है, आमतौर पर जहां चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से सापेक्ष इलेक्ट्रॉन सर्पिल (और इसलिए गति बदलते हैं)।
इतिहास
इस विकिरण की खोज पहली बार 1956 में जेफ्री आर बर्बिज द्वारा मेसियर 87 द्वारा दागे गए एक रॉकेट में की गई थी, जिन्होंने इसे 1953 में इओसिफ शक्लोव्स्की की भविष्यवाणी की पुष्टि के रूप में देखा था, लेकिन इसकी भविष्यवाणी पहले हेंस अल्फवेन और निकोलाई हेरलोफसन द्वारा की गई थी। 1950. सोलर फ्लेयर्स कणों को तेज करते हैंजो इस तरह से उत्सर्जित होता है, जैसा कि 1948 में आर. जियोवनोली द्वारा प्रस्तावित और 1952 में पिडिंगटन द्वारा गंभीर रूप से वर्णित किया गया था।
स्पेस
सुपरमैसिव ब्लैक होल चुंबकीय क्षेत्रों के सुपरकॉर्डेड "ट्यूबलर" ध्रुवीय क्षेत्रों के माध्यम से गुरुत्वाकर्षण त्वरित आयनों द्वारा बनाए गए जेट को धक्का देकर सिंक्रोट्रॉन विकिरण बनाने का प्रस्ताव है। इस तरह के जेट, मेसियर 87 में उनमें से सबसे निकटतम, हबल टेलीस्कोप द्वारा हमारे ग्रहीय फ्रेम से 6 × s (प्रकाश की गति से छह गुना) की आवृत्ति पर चलने वाले सुपरल्यूमिनल सिग्नल के रूप में पहचाने गए थे। यह घटना प्रकाश की गति के बहुत करीब और प्रेक्षक से बहुत छोटे कोण पर यात्रा करने वाले जेट के कारण होती है। क्योंकि हाई-स्पीड जेट अपने रास्ते में हर बिंदु पर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, वे जो प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, वह स्वयं जेट की तुलना में अधिक तेजी से पर्यवेक्षक तक नहीं पहुंचता है। सैकड़ों वर्षों की यात्रा में उत्सर्जित प्रकाश इस प्रकार बहुत कम समय (दस या बीस वर्ष) में पर्यवेक्षक तक पहुँचता है। इस परिघटना में सापेक्षता के विशेष सिद्धांत का कोई उल्लंघन नहीं है।
≧25 GeV तक की चमक के साथ एक निहारिका से गामा विकिरण के एक आवेगी उत्सर्जन का हाल ही में पता चला है, शायद पल्सर के चारों ओर एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में फंसे इलेक्ट्रॉनों द्वारा सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन के कारण। खगोलीय स्रोतों का एक वर्ग जहां सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन महत्वपूर्ण है, वे हैं पल्सर विंड नेबुला, या प्लेरियन, जिनमें से क्रैब नेबुला और इससे जुड़े पल्सर आर्किटेपल हैं।क्रैब नेबुला में 0.1 और 1.0 MeV के बीच ऊर्जा पर ध्रुवीकरण विशिष्ट सिंक्रोट्रॉन विकिरण है।
संक्षेप में गणना और कोलाइडर के बारे में
इस विषय पर समीकरणों में, विशेष शब्द या मान अक्सर लिखे जाते हैं, जो तथाकथित वेग क्षेत्र बनाने वाले कणों का प्रतीक हैं। ये शब्द कण के स्थिर क्षेत्र के प्रभाव का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो इसकी गति के शून्य या स्थिर वेग घटक का एक कार्य है। इसके विपरीत, दूसरा पद स्रोत से दूरी की पहली शक्ति के व्युत्क्रम के रूप में गिर जाता है, और कुछ शब्दों को त्वरण क्षेत्र या विकिरण क्षेत्र कहा जाता है क्योंकि वे आवेश के त्वरण के कारण क्षेत्र के घटक होते हैं (गति में परिवर्तन)।
इस प्रकार, विकिरणित शक्ति को चौथी शक्ति की ऊर्जा के रूप में बढ़ाया जाता है। यह विकिरण इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन सर्कुलर कोलाइडर की ऊर्जा को सीमित करता है। आमतौर पर, प्रोटॉन कोलाइडर इसके बजाय अधिकतम चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सीमित होते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में द्रव्यमान ऊर्जा का केंद्र किसी भी अन्य कण त्वरक की तुलना में 70 गुना अधिक होता है, भले ही प्रोटॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के 2000 गुना हो।
शब्दावली
विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों में अक्सर शब्दों को परिभाषित करने के अलग-अलग तरीके होते हैं। दुर्भाग्य से, एक्स-रे के क्षेत्र में, कई शब्दों का अर्थ "विकिरण" जैसा ही होता है। कुछ लेखक "चमक" शब्द का उपयोग करते हैं, जो कभी फोटोमेट्रिक चमक को संदर्भित करने के लिए इस्तेमाल किया जाता था, या गलत तरीके से इस्तेमाल किया गया थारेडियोमेट्रिक विकिरण के पदनाम। तीव्रता का अर्थ है प्रति इकाई क्षेत्र में शक्ति घनत्व, लेकिन एक्स-रे स्रोतों के लिए इसका अर्थ आमतौर पर चमक होता है।
घटना का तंत्र
त्वरक में सिंक्रोट्रॉन विकिरण या तो एक अप्रत्याशित त्रुटि के रूप में हो सकता है, जिससे कण भौतिकी के संदर्भ में अवांछित ऊर्जा हानि हो सकती है, या कई प्रयोगशाला अनुप्रयोगों के लिए जानबूझकर डिज़ाइन किए गए विकिरण स्रोत के रूप में। अंतिम ऊर्जा तक पहुंचने के लिए इलेक्ट्रॉनों को कई चरणों में उच्च गति के लिए त्वरित किया जाता है जो आमतौर पर गीगाइलेक्ट्रॉनवोल्ट रेंज में होता है। मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा इलेक्ट्रॉनों को बंद पथ में स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया जाता है। यह एक रेडियो एंटेना के समान है, लेकिन इस अंतर के साथ कि सापेक्ष गति डॉपलर प्रभाव के कारण देखी गई आवृत्ति को बदल देती है। सापेक्ष लोरेंत्ज़ संकुचन गीगाहर्ट्ज़ आवृत्ति को प्रभावित करता है, जिससे यह एक गुंजयमान गुहा में गुणा हो जाता है जो इलेक्ट्रॉनों को एक्स-रे रेंज में गति प्रदान करता है। सापेक्षता का एक और नाटकीय प्रभाव यह है कि विकिरण पैटर्न गैर-सापेक्ष सिद्धांत से एक अत्यंत निर्देशित विकिरण शंकु के लिए अपेक्षित आइसोट्रोपिक द्विध्रुवीय पैटर्न से विकृत है। यह सिंक्रोट्रॉन विकिरण विवर्तन को एक्स-रे बनाने का सबसे अच्छा तरीका बनाता है। समतल त्वरण ज्यामिति कक्षा के समतल में देखे जाने पर विकिरण को रैखिक रूप से ध्रुवीकृत कर देती है और इस तल से मामूली कोण पर देखने पर गोलाकार ध्रुवीकरण बनाती है।
विभिन्न उपयोग
उपयोग करने के लाभस्पेक्ट्रोस्कोपी और विवर्तन के लिए सिंक्रोट्रॉन विकिरण 1960 और 1970 के दशक से लगातार बढ़ते वैज्ञानिक समुदाय द्वारा लागू किया गया है। प्रारंभ में, कण भौतिकी के लिए त्वरक बनाए गए थे। "परजीवी मोड" में सिंक्रोट्रॉन विकिरण का उपयोग किया जाता था, जहां झुकने वाले चुंबकीय विकिरण को बीम ट्यूबों में अतिरिक्त छेद ड्रिल करके निकाला जाना था। सिंक्रोट्रॉन प्रकाश स्रोत के रूप में पेश किया गया पहला स्टोरेज रिंग टैंटलस था, जिसे पहली बार 1968 में लॉन्च किया गया था। जैसे-जैसे त्वरक विकिरण अधिक तीव्र होता गया और इसके अनुप्रयोग अधिक आशाजनक होते गए, इसकी तीव्रता को बढ़ाने वाले उपकरणों को मौजूदा रिंगों में बनाया गया। उच्च गुणवत्ता वाले एक्स-रे प्राप्त करने के लिए शुरू से ही सिंक्रोट्रॉन विकिरण विवर्तन विधि विकसित और अनुकूलित की गई थी। चौथी पीढ़ी के स्रोतों पर विचार किया जा रहा है, जिसमें अत्यधिक मांग वाले और शायद अभी तक न बनाए गए प्रयोगों के लिए अल्ट्रा-शानदार, स्पंदित, समयबद्ध संरचनात्मक एक्स-रे बनाने के लिए विभिन्न अवधारणाएं शामिल होंगी।
पहला डिवाइस
पहले, इस विकिरण को उत्पन्न करने के लिए त्वरक में झुकने वाले विद्युत चुम्बकों का उपयोग किया जाता था, लेकिन अन्य विशेष उपकरणों, सम्मिलन उपकरणों का उपयोग कभी-कभी एक मजबूत प्रकाश प्रभाव पैदा करने के लिए किया जाता था। सिंक्रोट्रॉन विकिरण विवर्तन (तीसरी पीढ़ी) के तरीके आमतौर पर स्रोत उपकरणों पर निर्भर करते हैं, जहां भंडारण रिंग के सीधे वर्गों में आवधिक होते हैंचुंबकीय संरचनाएं (जिसमें बारी-बारी से N और S ध्रुवों के रूप में कई चुम्बक होते हैं) जो इलेक्ट्रॉनों को साइनसॉइडल या सर्पिल पथ में ले जाने का कारण बनते हैं। इस प्रकार, एकल मोड़ के बजाय, सटीक गणना की गई स्थितियों में कई दसियों या सैकड़ों "घुंघराले" बीम की समग्र तीव्रता को जोड़ते या गुणा करते हैं। इन उपकरणों को विग्ग्लर या अंडुलेटर कहा जाता है। एक undulator और एक wiggler के बीच मुख्य अंतर उनके चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता और इलेक्ट्रॉनों के प्रत्यक्ष पथ से विचलन का आयाम है। इन सभी उपकरणों और तंत्रों को अब सेंटर फॉर सिंक्रोट्रॉन रेडिएशन (यूएसए) में संग्रहीत किया जाता है।
निष्कर्षण
संचायक में छेद होते हैं जो कणों को विकिरण पृष्ठभूमि छोड़ने और बीम की रेखा को प्रयोगकर्ता के निर्वात कक्ष तक जाने की अनुमति देते हैं। बड़ी संख्या में ऐसे बीम आधुनिक तीसरी पीढ़ी के सिंक्रोट्रॉन विकिरण उपकरणों से आ सकते हैं।
इलेक्ट्रॉनों को वास्तविक त्वरक से निकाला जा सकता है और एक सहायक अल्ट्रा-हाई वैक्यूम चुंबकीय भंडारण में संग्रहीत किया जा सकता है, जहां से उन्हें बड़ी संख्या में निकाला जा सकता है (और जहां उन्हें पुन: उत्पन्न किया जा सकता है)। रिंग में मौजूद चुम्बकों को "कूलम्ब बलों" (या, अधिक सरलता से, अंतरिक्ष आवेश) के विरुद्ध बीम को बार-बार पुन: संपीड़ित करना चाहिए जो इलेक्ट्रॉन गुच्छों को नष्ट करने की प्रवृत्ति रखते हैं। दिशा में परिवर्तन त्वरण का एक रूप है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन एक कण त्वरक में उच्च ऊर्जा और उच्च त्वरण गति पर विकिरण उत्सर्जित करते हैं। एक नियम के रूप में, सिंक्रोट्रॉन विकिरण की चमक भी उसी गति पर निर्भर करती है।
