M Ở ĐẦU
2.3 Sự mất năng lượng do bức xạ Synchrotron
Một electron di chuyển theo quỹ đạo cong, tức là có gia tốc thì bị bức xạ. Thật vậy, thực nghiệm đã chỉ ra rằng electron chuyển động trên quỹ đạo cong phát bức xạ điện từ trên một khoảng tần số rộng (từ tần số radio đến bức xạ gamma mềm). Bức xạ này được khám phá trong quan sát thiên văn, và sau đó được phát hiện tring những máy gia tốc vòng (synchrotron), do đó nó được gọi là bức xạ synchrotron.
Hình 2.1: Bức xạ synchrotron
Bức xạ synchrotron được phát ra theo phương tiếp tuyến của quỹ đạo electron tương đối trong hình nón hẹp với góc một nửa θ thoả:
γ θ = 2 ≈ 1 e e T c m (2.11) θ
Ở đây 2
1 1 1
β
γ = − . Trục hình nón được hướng dọc theo tiếp tuyến chùm electron. Điều này đúng cho bất kỳ điểm nào trên quỹ đạo của electron. Do đó bức xạ synchrotron được tập trung trong vòng mỏng trong mặt phẳng quỹ đạo. Bức xạ liên tục và có tần số cực đại. ) ( 10 . 6 , 4 6 2 0 HT Hz v = − e (2.12)
Với H tính bằng gauss và Te tính bằng electron-volt. Đối với những electron có năng lượng cao thì tần số này lớn hơn tần số quay của electron trong synchrotron (107Hz). Đối với H = 104
G và Te = 100MeV, bức xạ synchrotron được phát ra trong hình nón có θ =17' và v0 =4,6.1014(Hz), tương ứng với ánh sáng khả kiến màu đỏ. Ở Te = 20 BeV, bức xạ synchrotron là tia X cứng có chiều hướng về phía trước với
" 5
=
θ .
Bức xạ synchrotron bị phân cực và độ lớn của cường độ điện trường E thì luôn luôn song song với mặt phẳng quỹ đạo. Năng lượng mất đi do bức xạ synchrotron gia tăng theo năng lượng theo quy luật γ4. Ngoài máy phát synchrotron, những vòng chứa electron cũng có thể được dùng để có được bức xạ synchrotron. Bức xạ synchrotron có phổ liên tục, do đó trong những áp dụng thực tế người ta dùng máy đơn sắc (gồm gương và cách tử nhiễu xạ là khối thạch anh hoặc silicon đơn tinh trong miền tia X) để thu các bức xạ đơn sắc. Với máy đơn sắc tinh thể, người ta có thể cô lập được bức xa có tần số bất kỷ với sai số tương đối có bậc
6
10 / = −
∆E E từ phổ liên tục. Cường độ còn lại sau khi đơn sắc hoá thì vẫn còn gấp 102 – 103 lần cường độ của ống phóng tia X bất kỳ. Với cường độ cao, khoảng năng lượng rộng, có thể đơn sắc hoá và có khả năng phân cực cũng như có bản chất xung của bức xạ synchrotron, nó là loại bức xạ rất tốt trong việc áp dụng để nghiên cứu cấu trúc của vật liệu và giải quyết nhiều vấn đề thực hiện quan trọng như: nghiên cứu sự hấp thụ bức xạ điện từ bởi các chất khí, nghiên cứu hiện tượng huỳnh quang để xác định thời gian sống và các kiểu phân rã đối với những trạng thái kích thích, nghiên cứu cấu trúc chất rắn thông qua phổ của nó, nghiên cứu thiên văn và phóng xạ thiên văn, nghiên cứu cấu trúc của những mẫu sinh vật.