Чернівецький державний університет
Чернівецький національний університет
імені Юрія Федьковича
УДК 539.101:538.3
КОНСТАНТИНОВИЧ
ІВАН АУРЕЛОВИЧ
ОСОБЛИВОСТІ СПЕКТРА ВИПРОМІНЮВАННЯ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК, ЩО РУХАЮТЬСЯ В ЕЛЕКТРОМАГНІТНОМУ ПОЛІ
У ВАКУУМІ ТА НЕПОГЛИНАЮЧИХ СЕРЕДОВИЩАХ
Спеціальність 01.04.02 теоретична фізика
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Чернівці 2004
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі теоретичної фізики Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича
Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Мельничук Степан Васильович, завідувач кафедри комп’ютерних систем та мереж Чернівецького національного університету
Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Бойчук Василь Іванович, директор інституту фізики, математики та інформатики Дрогобицького педагогічного університету,
доктор фізичних наук, професор Тома Міхай, декан фізичного факультету Ясського університету, Румунія
Провідна організація: Львівський національний університет імені Івана Франка, Міністерство освіти і науки України
Захист відбудеться 24.12.2004р. о 15 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д76.051.01 при Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича за адресою: 58012,
м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (вул. Лесі Українки, 23).
Автореферат розісланий 19.11.2004 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради _______________ М.В. Курганецький
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми дисертації зумовлена необхідністю створення теорії тонкої структури спектрів випромінювання як окремих заряджених частинок, так і їхніх систем для пояснення відомих та передбачення нових явищ в області класичної теорії випромінювання. Такі дослідження важливі при розробці лазерів на вільних електронах, інших джерел електромагнітної енергії, детекторів електромагнітного випромінювання, пояснення астрофізичних ефектів і спектрів випромінювання заряджених частинок у плазмі та при проходженні крізь середовище.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у межах наукового напрямку кафедри теоретичної фізики Чернівецького національного університету 0195U019419 “Дослідження фізичних характеристик масивних і просторово обмежених напівпровідникових систем та конденсованих середовищ під дією зовнішніх полів”.
Автором розвинута теорія випромінювання систем невзаємодіючих точкових заряджених частинок при їх русі у вакуумі та непоглинаючих (прозорих) ізотропних середовищах. Отримано спектральний розподіл потужності випромінювання рухомої зарядженої частинки.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розвиток теорії випромінювання окремих заряджених частинок та їх систем при русі в електромагнітному полі у вакуумі та непоглинаючих ізотропних середовищах, визначення тонкої структури спектрального розподілу потужностей синхротронного, черенковського та синхротронно-черенковського випромінювань заряджених частинок, які рухаються по гвинтовій лінії.
Задачі, які необхідно розв’язати у дисертаційній роботі:
–
отримати інтегральні вирази для спектрально-кутових та спектральних розподілів потужності випромінювання систем заряджених частинок, які рухаються в постійних електричному і магнітному полях, в електричному ондуляторі у вакуумі та непоглинаючих ізотропних середовищах;
–
дослідити вплив фактора когерентності на тонку структуру спектра випромінювання двох електронів, що рухаються по гвинтовій лінії у вакуумі;
–
проаналізувати тонку структуру спектральних розподілів синхротронного, черенковського та синхротронно-черенковського випромінювань;
–
дослідити умови подібності спектрів випромінювання електронів, що рухаються по гвинтовій лінії в постійному магнітному полі у вакуумі та непоглинаючих діелектриках у низькочастотній області.
Об’єктами дослідження є окремі заряджені частинки, а також системи заряджених частинок, які рухаються в електричному та магнітному полях у вакуумі та в середовищі.
Предмет дослідження – характеристики випромінювання заряджених частинок та їх систем при русі в електромагнітному полі у вакуумі та в непоглинаючих ізотропних середовищах.
Методи досліджень
В роботі використані аналітичні та числові методи досліджень. В аналітичних розрахунках запропонований вдосконалений метод сили самодії Лоренца. Числові розрахунки проводились за допомогою оригінальних алгоритмів і програм.
Наукова новизна
Вдосконалено метод сили самодії Лоренца. Розробленим методом отримано аналітичні вирази для спектрально-кутового та спектрального розподілів потужності випромінювання систем заряджених частинок, які рухаються вздовж довільної заданої траєкторії у вакуумі та непоглинаючих ізотропних середовищах. У випадку тотожних заряджених частинок досліджено роль фактора когерентності.
Вперше досліджено тонку структуру спектрального розподілу потужності випромінювання системи двох електронів, які рухаються один за одним вздовж гвинтової лінії у вакуумі.
Встановлено умови подібності спектральних потужностей випромінювання окремого електрона при його русі по гвинтовій лінії у вакуумі та в діелектрику з постійним показником заломлення.
Вперше отримано і досліджено вираз для спектрального розподілу потужності синхротронно-черенковського випромінювання електрона, що рухається по гвинтовій лінії, в залежності від зміни відношення компонент його швидкості. Досліджено особливості тонкої структури спектрального розподілу синхротронного, черенковського та синхротронно-черенковського випромінювань для різних за величиною компонент швидкостей електронів.
Отримано інтегральні вирази для спектрально-кутового та спектрального розподілів середнього значення потужності випромінювання систем точкових заряджених частинок, що рухаються в електричному ондуляторі та в постійному електричному полі в непоглинаючих ізотропних середовищах.
Теоретична та практична цінність одержаних результатів полягає в можливості використання отриманих результатів для подальшого розвитку класичної релятивістської теорії випромінювання заряджених частинок. Визначена числовими методами тонка структура спектрального розподілу потужності синхротронного, черенковського та синхротронно-черенковського випромінювань дозволяє пояснити вплив різних факторів на характеристики цих випромінювань. Спектрально-кутові та спектральні розподіли, отримані в дисертації, можуть знайти застосування при конструюванні нових джерел електромагнітної енергії, при поясненні астрофізичних ефектів та процесів у плазмі, а також можуть бути цінними при розробці лазерів на вільних електронах.
Використаний у дисертації вдосконалений метод сили самодії Лоренца доповнює існуючі методи та дозволяє розв’язати багато інших задач теорії випромінювання заряджених частинок.
Публікації та особистий внесок здобувача в працях, написаних у співавторстві. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 24 праці. З них: 4 статті в наукових журналах, 8 статей у збірниках наукових праць, 3 матеріали конференцій і 9 тез доповідей на міжнародних наукових конференціях. Їхній перелік наведено в кінці автореферату.
Основні результати дисертації отримані автором самостійно. У спільних працях автору належить:
·
визначення спектрального розподілу потужності випромінювання заряджених частинок та виконання числових розрахунків [12, 15, 16, 21, 24];
·
розрахунок тонкої структури спектра випромінювання окремих заряджених частинок при малих поздовжних та поперечних складових їх швидкостей [12, 18, 23];
·
дослідження ефектів когерентності у спектрі випромінювання двох електронів, що рухаються по гвинтовій лінії у вакуумі [22].
Автор брав безпосередню участь у постановці задач, виборі й розробці методів їх розв’язання, аналізі та інтерпретації усіх отриманих результатів.
Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались на 11 міжнародних конференціях, тези доповідей опубліковані у відповідних збірниках праць:
National Physics Conference (Sibiu, Romania, 1994), National Physics Conference (Baia Mare, Romania, 1995), National Physics Conference (Constanta, Romania, 2000), National Physics Conference (Iasi, Romania, 2001), National Physics Conference (Targu Mures, Romania, 2002), The National Conference on Theoretical Physics. First Edition (Bucharest-Magurele, Romania, 2002), Romanian National Conference “Fizica єi tehnologiile educaюionale moderne”. (Iasi, Romania, 2003), М?жнародна школа-конференція “Актуальні проблеми фізики напівпровідників” (Дрогобич, Україна, 2003), Шості боголюбовські читання (Чернівці, Україна, 2003), Romanian Conference on Advanced Materials. Fourth International Edition. – ROCAM2003 (Constanta, Romania, 2003), International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers. – CAOL2003 (Alushta, Crimea, Ukraine).
Структура й об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Робота викладена на 129 сторінках і включає 44 рисунки, 7 таблиць та список літератури (157 джерел).
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обговорюється актуальність теми дисертаційної роботи, формулюється мета та задачі досліджень, висвітлюється наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, наводяться відомості про апробацію роботи.
У першому розділі дисертації проведено аналіз теоретичних та експериментальних робіт, присвячених дослідженню спектрально-кутових та спектральних розподілів потужності випромінювання заряджених частинок, що рухаються в постійних магнітному та електричному полях, у електричному ондуляторі у вакуумі та середовищі.
В цьому розділі вдосконаленим методом сили самодії Лоренца отримано також інтегральні вирази спектрально-кутових та спектральних розподілів потужності випромінювання заряджених частинок, що рухаються вздовж довільної заданої траєкторії у вакуумі та непоглинаючому ізотропному середовищі.
У другому розділі вдосконаленим методом сили самодії Лоренца досліджено спектральний та спектрально-кутовий розподіли потужності випромінювання окремого електрона при його русі по гвинтовій лінії у вакуумі та непоглинаючих ізотропних середовищах.
Закон руху та швидкість електрона, що рухається по гвинтовій лінії у непоглинаючих ізотропних середовищах, визначаються співвідношеннями:
(1)
(2)
Тут , , , , – компоненти
швидкості, , – імпульс та енергія електрона, і – заряд і маса спокою електрона, – швидкість світла у вакуумі, – вектор магнітної індукції, – час, , , – одиничні вектори. Враховуючи закон руху (1) та вираз для швидкості (2), отримано середню за часом потужність випромінювання зарядженої частинки:
(3)
(4)
де , , – діелектрична та магнітна
проникності відповідно, – показник заломлення, – частота.
Потужність випромінювання електрона в середовищі зі сталими діелектричною та магнітною проникностями набуває вигляду
(5)
де , . З цього виразу можна отримати повну
потужність випромінювання окремого електрона у вакуумі та в середовищі . Ці ж потужності у вакуумі та середовищі можна одержати шляхом інтегрування за частотою в (3) спектрального розподілу потужності випромінювання (4).
Рис. . Спектр синхротронного випромінювання електрона у вакуумі ( )
У випадку малої поперечної складової швидкості електрона у вакуумі ( ) зі зростанням зміна спектрального розподілу
потужності випромінювання (криві 1–5 на рис. ) має місце в основному на першій гармоніці. Друга гармоніка в спектрі практично відсутня. Верхня межа першої гармоніки істотно збільшується при зростанні величини . З рис. бачимо, що при збільшенні паралельної складової швидкості потужність випромінювання зростає.
Як видно з таблиці 1, для компонент швидкостей електрона, що відповідають кривим 1–5, має місце кількісний збіг повної потужності (j=1, 2,…,5), розрахованої згідно з формулою (5), з потужністю , що отримана з інтегрування за частотою. Це свідчить про справедливість застосованого числового інтегрування для цих швидкостей.
Таблиця . Потужність синхротронного випромінювання електрона у вакуумі при Гс
У величинах індекс вказує залежність цих величин від швидкості електрона (табл. 1). Для компонент швидкості електрона ( ),
(крива 5 на рис. 1, b) верхня межа смуги
першої гармоніки істотно зміщена відносно частоти обертання для даного випадку у бік високих частот .
Як видно з рис. 1, для різних компонент швидкостей, що відповідають j = , 2,…,5 в таблиці 1, перша гармоніка має чіткі границі. В межах цих границь має скінченну величину, а за межами границь вона дорівнює нулю або дуже мала. У випадку малого значення поздовжньої швидкості у порівнянні з поперечною (j= в таблиці 1) добре видно дискретну структуру спектра (рис. ), що складається з цілого ряду гармонік.
Рис. . Спектр синхротронного випромінювання окремого електрона у вакуумі
Розрахунки показують, що для сталої поздовжньої компоненти швидкості при потужність випромінювання на кожній з перших гармонік, залежно від величини поперечної складової швидкості, зростає від нуля (при ) до максимального значення і потім спадає до нуля (при ).
Умовою подібності спектрів випромінювання у вакуумі та середовищі є рівність . За цієї умови інтегральні потужності випромінювання рівні, а спектральні розподіли потужності випромінювання зміщені за частотою.
Вперше отримано спектральний розподіл потужності синхротронно-черенковського випромінювання для зарядженої частинки, що рухається в
Рис. . Спектральний розподіл потужності синхротронно-черенковського випромінювання ( ) | Рис. . Спектральний розподіл потужності синхротронно-черенковського ипромінювання ( )
діелектрику ( та ) вздовж гвинтової лінії (криві 1–6 на рис. –4).
Для показника заломлення умови існування синхротронно-черенковського випромінювання будуть виконуватись, наприклад, для швидкостей , та , . Спектральні розподіли для цих швидкостей зображаються на рис. кривими 1 і 2 відповідно.
Таблиця . Потужність синхротронно-черенковського випромінювання ( )
При сталому значенні повної швидкості потужність випромінювання залежить від величини компонент швидкості (табл. 2). У випадку, коли поперечна компонента швидкості електрона в діелектрику значно менша від величини повної швидкості, потужність синхротронно-черенковського випромінювання ерг/с неістотно відрізняється від потужності випромінювання Черенкова при прямолінійному русі ерг/с, що розрахована згідно зі співвідношенням
(6)
яке справедливе для постійного показника заломлення . Цей висновок зрозумілий, оскільки при малому значенні поперечної компоненти швидкості спіраль матиме малий радіус та великий крок, що наближає її до прямої. Спектральний розподіл в цьому випадку вироджується в лінійну залежність від частоти (крива 3 рис. 3–4).
При зростанні до значень на кривих спектрального розподілу потужності синхротронно-черенковського випромінювання з’являються злами (рис. 4). Частоти, на яких мають місце злами, можна визначити згідно зі співвідношенням .
У третьому розділі отримано інтегральні вирази спектрально-кутових та спектральних розподілів потужності випромінювання систем точкових заряджених частинок, які мають різні маси та заряди і здійснюють рух вздовж довільної заданої траєкторії у вакуумі та непоглинаючих ізотропних середовищах. Для випадку тотожних заряджених частинок досліджено вплив фактора когерентності на перерозподіл енергії по частотах в спектрально-кутових та спектральних розподілах потужності випромінювання.
У випадку двох електронів, що рухаються один за одним вздовж гвинтової лінії у вакуумі, середня потужність випромінювання визначається співвідношенням
(7)
(8)
де .
Фактор когерентності визначається виразом
(9)
Величина у факторі когерентності визначає зміщення в часі електронів вздовж гвинтової лінії.
Результати розрахунку спектрального розподілу потужності випромінювання двох електронів, що рухаються вздовж гвинтової лінії у вакуумі, для складових швидкостей , , залежно від характеру їх розташування вздовж гвинтової лінії, наведені на рис. 5–7 (криві 2–6). Вони суттєво відрізняються від спектрального розподілу окремого електрона (крива 1 на рис. 5).
Розрахована за співвідношенням (5) потужність випромінювання окремого електрона у вакуумі, ерг/с, узгоджується з потужністю ерг/с, знайденою шляхом інтегрування за частотою в (3) функції спектрального розподілу (4).
Може мати місце ситуація, коли два електрони випромінюють як одна частинка із зарядом і масою (крива 2 на рис. 5). Це справедливо для випадку . Фактор когерентності в цьому випадку і два електрони випромінюють за одиницю часу в 4 рази більше, ніж окремий електрон.
Спектральний розподіл потужності випромінювання двох електронів суттєво залежить від зміщення в часі . Зокрема, для випадку, коли , максимуми функції спектрального розподілу потужності випромінювання двох електронів розташовані на частотах , , , a випромінювання відсутнє на частотах , (крива 3 на рис. 5).
Рис. . Спектральний розподіл потужності випромінювання окремого електрона (крива 1) та двох електронів (криві 2 – ), що рухаються один за одним вздовж гвинтової лінії. Для кривих 1–6:
Зі зростанням часового зміщення кількість максимумів та мінімумів (криві 3 – рис. – ) функції спектрального розподілу потужності випромінювання зростає, що зумовлено зміною фактора когерентності.
На основній частоті функція спектрального розподілу потужності випромінювання двох електронів дорівнює нулю, якщо зміщення в часі між ними на гвинтовій лінії дорівнює /.
Рис. . Спектральний розподіл потужності випромінювання двох електронів, що рухаються один за одним по гвинтовій лінії. Крива :
Рис. . Спектральний розподіл потужності випромінювання двох електронів, що рухаються один за одним вздовж гвинтової лінії. Крива :
Якщо складові швидкостей електронів нерелятивістські (, ), то потужність випромінювання двох електронів може бути меншою, ніж одного, і залежить від розташування електронів на гвинтовій лінії. Для релятивістських складових швидкостей потужність випромінювання двох електронів ніколи не може бути меншою, ніж потужність випромінювання одного електрона.
Таким чином, у цьому розділі проведено аналіз тонкої структури спектральних розподілів потужностей випромінювання двох електронів, що рухаються вздовж гвинтової лінії у вакуумі з нерелятивістськими та релятивістськими швидкостями. Досліджено вплив фактора когерентності на перерозподіл енергії у спектрі випромінювання двох електронів.
У четвертому розділі дисертації досліджено спектрально-кутовий та спектральний розподіли середньої потужності випромінювання систем заряджених частинок, які рухаються в електричному ондуляторі та в постійному електричному полі у вакуумі та середовищах. Встановлено, що для системи тотожних заряджених частинок, що рухаються одна за одною в електричному ондуляторі та у постійному електричному полі, перерозподіл енергії в її спектрі також визначається фактором когерентності.
Потужність випромінювання системи електронів, що рухаються в синусоїдальному електричному ондуляторі, виражена через спектрально-кутовий розподіл як суперпозиція гармонік. Якщо електронів рухаються один за одним з постійним часовим зміщенням, тоді (k ,2,…,N). Фактор когерентності в цьому випадку визначається виразом
(10)
де – частота випромінювання.
При швидкостях за рахунок ефекту Доплера гармоніки спектра випромінювання системи електронів в синусоїдальному електричному ондуляторі перетворюються в смуги. Частоти випромінювання –ї гармоніки визначаються з умови
(11)
де – швидкість електрона, , – період ондулятора, – кут, під яким випромінює електрон. При спектр випромінювання системи електронів стає неперервним.
Отриманий інтегральний вираз середньої потужності випромінювання систем заряджених частинок, що рухаються в постійному електричному полі, доводить, зокрема, існування випромінювання при одновимірному русі в електричному полі.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ
За допомогою аналітичних і числових методів отримані інтегральні співвідношення для спектрально-кутових та спектральних розподілів потужності випромінювання заряджених частинок, що рухаються вздовж різних траєкторій в непоглинаючих ізотропних середовищах та у вакуумі. Вказані розподіли вперше отримані за допомогою вдосконаленого метода сили самодії Лоренца. Вперше отримано спектральні розподіли потужності синхротронно-черенковського випромінювання електронів, що рухаються вздовж гвинтової лінії. Аналіз відомих і вперше отриманих розподілів потужності випромінювання дозволив зробити такі висновки:
1. Для малих значень складових швидкості електрона, який рухається по гвинтовій лінії у вакуумі, випромінювання в основному відбувається на першій гармоніці. Для сталої поздовжньої компоненти швидкості при потужність випромінювання на кожній з перших гармонік, залежно від величини поперечної складової швидкості, зростає від нуля (при) до максимального значення і потім спадає до нуля (при ). При релятивістських значеннях поздовжньої компоненти швидкості () верхні границі смуг першої гармоніки зміщуються в область високих частот, що зумовлено впливом ефекту Доплера.
2. При виконанні умов подібності спектрів випромінювання окремих електронів, що рухаються в непоглинаючих діелектриках та у вакуумі, їх спектральні розподіли за відносною частотою збігаються, але випромінювання у вакуумі відбувається при нижчих частотах, ніж у діелектрику.
3. Вплив ефекту Доплера на особливості спектрального розподілу потужності синхротронно-черенковського випромінювання електронів найбільш суттєвий при .
4. Для системи тотожних заряджених частинок, які рухаються одна за одною вздовж гвинтової лінії, перерозподіл енергії в її спектрі визначається фактором когерентності, а спектрально-кутовий та спектральний розподіли потужності випромінювання залежать від характеру розташування електронів вздовж траєкторії.
5. На основній частоті функція спектрального розподілу потужності випромінювання двох електронів дорівнює нулю, якщо зміщення в часі між ними на гвинтовій лінії дорівнює (). Два електрони, які розташовані на траєкторії поряд, випромінюють як заряджена частинка із зарядом й масою , оскільки в цьому випадку електрони випромінюють когерентно.
6. Якщо складові швидкості електронів нерелятивістські, то потужність випромінювання двох електронів може бути меншою, ніж одного, і залежить від розташування електронів на гвинтовій лінії. Для релятивістських складових швидкостей потужність випромінювання двох електронів ніколи не може бути меншою, ніж потужність випромінювання одного електрона.
7. Для системи тотожних заряджених частинок, що рухаються одна за одною вздовж траєкторії в електричному ондуляторі та в постійному електричному полі, перерозподіл енергії в спектрі випромінювання також визначається фактором когерентності.
Основні результати дисертаційної роботи викладені в таких публікаціях:
1.
Konstantinovich, GolovachGuralyukKonstantinovich I.A. Spectral and Angular Distributions of the Synchrotron Radiation of Charged Particles Moving in Constant Magnetic FieldsPhysics Conference. – Paper Abstracts.– Romanian Physical Society, Sibiu, Romania, September 21–24, 1994. – P. .
2.
KonstantinovichGolovachKonstantinovichThe Peculiarity of Radiation Spectrum of an Electron Spiraling in Constant and Homogeneous Magnetic Field in VacuumPhysics Conference. – Paper Abstracts. –Physical Society, Baia Mare, Romania, November–December 30–2, 1995. – P. .
3.
Константинович А.В., Мельничук С.В., Константинович І.А., Жаркой В.П. Особливості спектра випромінювання системи електронів, які рухаються в ізотропному ідеальному феродіелектрику Науковий вісник Чернівецького ун-ту. Вип. . Фізика. – Чернівці: ЧДУ, 1998. – С. –12.
4.
Константинович І.А. Особливості спектра випромінювання системи електронів, які рухаються в ізотропному ідеальному феродіелектрику Науковий вісник Чернівецького ун-ту. Вип. 40. Фізика. – Чернівці: ЧДУ, 1998. – С. –21.
5.
Константинович А.В., Константинович І.А. Класична теорія випромінювання системи заряджених частинок, що рухаються вздовж довільної траєкторії у непоглинаючому ізотропному середовищі Науковий вісник Чернівецького ун-ту. Вип. 66. Фізика. Електроніка. – Чернівці: ЧДУ, 1999. – С. –42.
6.
Константинович А.В., Мельничук С.В., Раренко І.М., Константинович І.А., Жаркой В.П. Спектр випромінювання системи заряджених частинок, що рухаються в непоглинаючому ізотропному середовищі Журнал фізичних досліджень. – 2000. – Т. 4, № .– С. –56.
7.
KonstantinovichRadiation Spectrum on the System of Charged Particles Moving in Nonabsorbable MediumPhysical Society. National Physics Conference. Abstracts. – Constanta, Romania, September 21–23, 2000. – P. .
8.
Константинович А.В., Мельничук С.В., Константинович І.А. Класична теорія випромінювання заряджених частинок. I. Запізнюючі і випереджаючі потенціали та напруженості електромагнітного поля і метод сили самодії Лоренца Науковий вісник Чернівецького ун–ту. Вип. 102. Фізика. Електроніка. – Чернівці: Рута, 2001. – С. 5–14.
9.
KonstantinovichMelnychukKonstantinovichClassical Radiation Theory of Charged Particles Moving in Electromagnetic Fields in Perfect FerrodielectricPhysics Conference. – Abstracts. – Iasi, Romania, 18–20 October, 2001. – P. –38.
10.
KonstantinovichMelnychukKonstantinovich I.A. Fine Structure of Radiation Spectrum of Charged Particles Moving in Constant Magnetic Fields in Nonabsorbable Isotropic Media and in VacuumNational Conference on Theoretical Physics. First Edition. – Bucharest-Magurele, Romania, September 13–16, 2002. – P. .
11.
KonstantinovichMelnychukKonstantinovichClassical Radiation Theory of Charged Particles Moving in Electromagnetic Fields in Nonabsorbable Isotropic Media National Conference of the Romanian Physical Society “TRENDS IN PHYSICS”. – Abstracts. – Targu Mures, Romania, 26–28 September, 2002. – P. .
12.
Константинович І.А., Мельничук С.В., Константинович А.В. Класична теорія випромінювання заряджених частинок. II. Вплив середовища на спектр випромінювання заряджених частинок, що рухаються в електромагнітних полях Науковий вісник Чернівецького ун-ту. Вип. 132. Фізика. Електроніка. – Чернівці: Рута, 2002. – С. 4–39.
13.
Константинович А.В., Мельничук С.В., Константинович І.А. Класична теорія випромінювання заряджених частинок. III. Потужність випромінювання заряджених частинок, які рухаються в постійному електричному полі в непоглинаючих середовищах Науковий вісник Чернівецького ун-ту. Вип. 132, Фізика. Електроніка. – Чернівці: Рута, 2002. – С. 40–46.
14.
Константинович А.В., Мельничук С.В., Константинович І.А. Класична теорія випромінювання заряджених частинок, що рухаються в електромагнітних полях. IV. Спектр випромінювання системи заряджених частинок, що рухаються в ондуляторах в ізотропних непоглинаючих середовищах Науковий вісник Чернівецького ун-ту. Вип. 133. Фізика. Електроніка. – Чернівці: Рута, 2002. – С. –20.
15.
KonstantinovichMelnychukKonstantinovichFine Structure of Radiation Spectrum of Charged Particles Moving in Magnetic Fields in Nonabsorbable Isotropic Media and in Vacuum Proceedings of the
Romanian National Conference on Theoretical Physics. – September 13–16, 2002. – P. –211.
16.
KonstantinovichMelnychukKonstantinovichRadiation Spectra of Electrons Moving in a Spiral in Magnetic FieldsЄtiinюificг “V.Adamachi”, V. , No . Proceedings of
Romanian National Conference “Fizica єi tehnologiile educaюionale moderne”. – Iasi, Romania, 17 May, 2003. – P. –180.
17.
Константинович А.В., Мельничук С.В., Константинович І.А. Спектральний розподіл потужності випромінювання електронів, що рухаються по гвинтовій лінії в магнітних полях у вакуумі та у середовищах міжнародна школа-конференція “Актуальні проблеми фізики напівпровідників”. – Дрогобич, Україна, 24–27 червня, 2003. – С. .
18.
Константинович І.А., Мельничук С.В., Константинович А.В. Класична теорія випромінювання заряджених частинок. V. Спектр випромінювання заряджених частинок, що рухаються по гвинтовій лінії в магнітних полях Науковий вісник Чернівецького ун-ту. Вип. 157. Фізика. Електроніка. – Чернівці: Рута, 2003. – С. –54.
19.
Konstantinovich.V., MelnychukKonstantinovichThe Peculiarities of Radiation Spectra of Electrons Moving in a Spiral in Magnetic Fields Шості боголюбовські читання. – Чернівці, Україна, 2003. – С. .
20.
KonstantinovichMelnychukKonstantinovichRadiation Power Spectral Distribution of Electrons Moving in a Spiral in Magnetic Fields Romanian Conference on Advanced Materials. ROCAM 2003, Fourth International Edition. – Abstract Book. – Constanta, Romania, September 15–18, 2003. – P. .
21.
KonstantinovichMelnychuk S.V., Konstantinovich I.A. Radiation Spectra of Electrons Moving in a Spiral in Magnetic Fieldsof CAOL’2003, –
International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers. – V. 1. – Alushta, Crimea, Ukraine, 16–202003. – P. –164.
22.
Konstantinovich A.V., MelnychukKonstantinovichRadiation Power Spectral Distribution of Electrons Moving in a Spiral in Magnetic Fieldsof Optoelectronics and Advanced Materials. – 2003. – V. , No . – P. –1431.
23.
KonstantinovichMelnychukKonstantinovichFine Structure of Radiation Spectrum of Charged Particles Moving in Magnetic Fields in Nonabsorbable Isotropic Media and in VacuumJournal of Physics. – 2003. – V. , No –6. – P. –725.
24.
KonstantinovichMelnychuk Konstantinovich Radiation Spectra of Charged Particles Moving in a Spiral in Magnetic Fieldsof the Romanian Academy. A. – 2003. – V. , No . – P. –182.
Анотація
Константинович І.А. Особливості спектра випромінювання заряджених частинок, що рухаються в електромагнітному полі у вакуумі та непоглинаючих середовищах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.02 теоретична фізика. Чернівецький національний університет, Чернівці, 2004.
У дисертації вдосконаленим методом сили самодії Лоренца досліджені миттєва та середня потужності випромінювання заряджених частинок, що рухаються вздовж довільної заданої траєкторії в електромагнітному полі у вакуумі та непоглинаючих (прозорих) ізотропних середовищах. Отримані спектральні та спектрально-кутові розподіли потужності випромінювання систем тотожних заряджених частинок, що рухаються одна за одною у постійних електричному і магнітному полях та електричному ондуляторі у вакуумі та середовищах.
Проаналізовано отриману числовими методами тонку структуру спектрального розподілу синхротронного випромінювання двох електронів, що рухаються один за одним по гвинтовій лінії у вакуумі. Розглянуто спектр випромінювання двох електронів, що рухаються в постійному магнітному полі з нерелятивістськими та релятивістськими швидкостями.
Отримано і досліджено тонку структуру спектральних розподілів синхротронного, черенковського та синхротронно-черенковського випромінювань окремого електрона, що рухається вздовж гвинтової лінії в постійному магнітному полі у нерелятивістському та релятивістському випадках. Досліджено умови подібності спектрів випромінювання окремих електронів, що рухаються у вакуумі та непоглинаючих діелектриках. Досліджено вплив ефекту Доплера на розширення дискретних гармонік у смуги в спектрі випромінювання зарядженої частинки, яка рухається вздовж гвинтової лінії.
Ключові слова: синхротронне випромінювання, черенковське випромінювання, синхротронно-черенковське випромінювання, сила самодії Лоренца, система електронів, ондулятор, електричне поле, магнітне поле.
Аннотация
Константинович И.А. Особенности спектра излучения заряженных частиц, движущихся в электромагнитном поле в вакууме и непоглощающих средах. Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.02 теоретическая физика. Черновицкий национальный университет, Черновцы, 2004.
В диссертации проведен анализ теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию спектрально-угловых и спектральных распределений мощности излучения заряженных частиц, движущихся в постоянных магнитном и электрическом полях, а также в электрическом ондуляторе в вакууме и в непоглощающей (прозрачной) изотропной среде.
Усовершенствованным методом силы самодействия Лоренца получены интегральные выражения для спектрально-угловых и спектральных распределений мощности излучения заряженных частиц, движущихся вдоль произвольной заданной траектории в электромагнитном поле в вакууме и в непоглощающих изотропных средах.
Исследована тонкая структура спектра излучения электрона, движущегося вдоль винтовой линии в вакууме и в непоглощающих изотропных средах. Для малых значений составляющих скорости электрона, движущегося вдоль винтовой линии в вакууме, излучение происходит в основном на первой гармонике. Для постоянной продольной компоненты скорости () мощность на каждой из первых гармоник в зависимости от величины поперечной составляющей скорости растет от нуля (при) до максимального значения и затем убывает до нуля (при ). При релятивистских значениях продольной компоненты скорости () верхние границы полос первой гармоники смещаются в область высоких частот, что обусловлено эффектом Доплера.
Исследованы условия подобия спектров излучения отдельных электронов, движущихся вдоль винтовой линии в непоглощающих диэлектриках и в вакууме. Согласно этому условию, интегральные мощности излучения совпадают, а спектральные распределения мощности излучения смещены по частоте.
Впервые получены спектральные распределения мощности синхротронно-черенковского излучения электронов, движущихся вдоль винтовой линии. Влияние эффекта Доплера на особенности спектрального распределения синхротронно-черенковского излучения наиболее существенно при .
Получена и исследована тонкая структура спектральных распределений мощностей синхротронного, черенковского и синхротронно-черенковского излучений отдельных заряженных частиц, движущихся вдоль винтовой линии в постоянном магнитном поле в нерелятивистских и релятивистских случаях. Исследовано влияние эффекта Доплера на уширение дискретных гармоник в полосы в спектре излучения заряженной частицы, движущейся вдоль винтовой линии.
Для системы тождественных заряженных частиц, движущихся друг за другом вдоль винтовой линии, перераспределение энергии в ее спектре определяется фактором когерентности, а спектрально-угловое и спектральное распределения мощности излучения зависят от характера распределения электронов вдоль траектории.
Исследована полученная численными методами тонкая структура спектрального распределения синхротронного излучения двух электронов, движущихся друг за другом вдоль винтовой линии в вакууме. Рассмотрен спектр излучения двух электронов, движущихся в постоянном магнитном поле в вакууме с нерелятивистскими и релятивистскими компонентами скоростей. На основной частоте функция спектрального распределения мощности излучения двух электронов равна нулю, если смещение во времени между ними вдоль винтовой линии равно (). Два электрона, расположенных на траектории рядом, излучают как заряженная частица с зарядом и массой , так как в этом случае электроны излучают когерентно. Если составляющие скорости двух электронов нерелятивистские, тогда мощность излучения может быть меньше, чем одного электрона, и зависит от характера распределения электронов вдоль винтовой линии. Для релятивистских компонент скоростей электронов мощность излучения двух электронов никогда не может быть меньше, чем мощность излучения одного электрона.
Перераспределение энергии в спектре излучения системы тождественных заряженных частиц, движущихся друг за другом вдоль траектории в постоянном электрическом поле и в электрическом ондуляторе в вакууме и непоглощающей изотропной среде, также определяется фактором когерентности.
Ключевые слова: синхротронное излучение, черенковское излучение, синхротронно-черенковское излучение, сила самодействия Лоренца, система электронов, ондулятор, электрическое поле, магнитное поле.
Abstract
Konstantinovich I.A. The Particuliarities of the Radiation Spectrum of Charged Particles Moving in Electromagnetic Field in Vacuum and in Nonabsorbable Media. Manuscript.
Thesis on search of a scientific degree of the candidate of physical and mathematical sciences on the speciality 01.04.02 Theoretical Physics; Chernivtsi National University, Chernivtsi, 2004.
The expressions for the momentary and average radiation powers of the charged particles moving on arbitrary determined trajectory in electromagnetic field in vacuum and in nonabsorbable (transparent) isotropic mediа are studied in thesis using the Lorentz self-interaction method. The relationships for the spectral-angular and spectral distributions of the average radiation powers of the charged particles moving one by one along the trajectory in constant electric and magnetic fields, in electric undulator in vacuum and in nonabsorbable isotropic mediа are obtained.
The fine structure of the synchrotron radiation power spectral distribution of two electrons moving one after another along a spiral in vacuum are obtained and researched. The radiation spectrum of two electrons moving along a spiral in constant magnetic fields with nonrelativistic and relativistic components of velocities are analysed.
The fine structure of power spectral distribution of synchrotron, Cherenkov and synchrotron-Cherenkov radiations for a single electron moving along a spiral in constant magnetic field in nonrelativistic and relativistic case are determined and studied. The Doppler effect influence on the extension of the discrete harmonics in band in radiation spectrum of a single electron at its motion along a spiral in nonabsorbable media and in vacuum are studies.
Key words: Cherenkov radiation, synchrotron radiation, synchrotron-Cherenkov radiation, Lorentz self-interaction, electrons system, undulator, electric field, magnetic field.
