Циклотронне випромінювання

Циклотронне випромінювання — випромінювання електромагнітних хвиль нерелятивістськими зарядженими частинками, що рухаються по колу. Аналогічне випромінювання релятивістських частинок називається синхротронним.

Циклотронне випромінювання виникає здебільшого при русі зарядженої частинки в магнітному полі. В такому випадку його називають також магнітногальмівним. В однорідному магнітному полі класична заряджена частинка, наприклад, електрон рухається вздовж гвинтової лінії, вісь якої направлена вздовж силових ліній магнітного поля. В площині, перпендикулярній осі силовим лініям поля, частинка описує коло, обертаючись із так званою циклотронною частотою[1]

${\displaystyle \omega _{H}={\frac {eB}{mc}}}$,

де ${\displaystyle e}$ — електричний заряд, ${\displaystyle B}$ — магнітна індукція, ${\displaystyle m}$ — маса частинки, ${\displaystyle c}$ — швидкість світла.

Оскільки при такому русі частинка має прискорення, вона випромінює електромагнітні хвилі, які називають циклотронним випромінюванням. Спектр циклотронного випромінювання лінійчастий з основним піком на циклотронній частоті й обертонами на кратних частотах.

Загальна інтенсивність магнітогальмівного випромінювання при русі зарядженої частинки по колу в магнітному полі дається формулою[2]

${\displaystyle I={\frac {2e^{4}B^{2}v^{2}}{3m^{2}c^{5}(1-v^{2}/c^{2})}}\approx {\frac {4e^{4}B^{2}E}{3m^{3}c^{5}}}}$,

де ${\displaystyle I}$ — інтенсивність, ${\displaystyle e}$ — електричний заряд частинки, ${\displaystyle m}$ — її маса, ${\displaystyle v}$ — швидкість, ${\displaystyle E}$ — енергія, ${\displaystyle B}$ — магнітна індукція, ${\displaystyle c}$ — швидкість світла.

Назва циклотронне випромінювання походить від циклотронів, в яких це випромінювання призводить до втрат зарядженими частинками енергії, тобто є небажаним ефектом. Крім прискорювачів, циклотронне випромінювання виникає також у плазмі в магнітному полі, зокрема в плазмі астрономічних об'єктів.