Luce
di sincrotrone
In natura essa
viene emessa per esempio da elettroni liberi che si muovono nei campi magnetici
galattici. Sorgenti artificiali di questa radiazione sono gli acceleratori
circolari di elettroni (in genere di particelle cariche) aventi un'energia
massima di qualche centinaio di MeV. Fino a qualche tempo fa l'emissione di
questa radiazione, per esempio negli elettrosincrotroni, veniva considerata
come un inevitabile sottoprodotto, oggi si costruiscono macchine dedicate a
produrre solo radiazioni di sincrotrone (RS). Un elettrone accelerato su di una
traiettoria circolare a bassa energia emette una radiazione di dipolo diretta in
tutte le direzioni; quando l'energia supera l'energia di riposo dell'elettrone,
e la velocità si avvicina a quella della luce, gli effetti relativistici
costringono la radiazione entro uno stretto cono puntato nella direzione del
moto, mentre l'intensità emessa aumenta enormemente. La radiazione emessa è
inoltre fortemente polarizzata con il vettore E nel piano dell'orbita degli
elettroni.
L'energia
elettromagnetica viene emessa a tutte le frequenze con uno spettro continuo
dalle frequenze più basse (microonde) fino a una frequenza «critica» cui
corrisponde un'energia della radiazione ec che è legata all'energia
massima degli elettroni, e al raggio di curvatura dell'orbita, dalla semplice
relazione:
ec = 2,22 (E³/R):
ec
= energia critica radiazione emessa misurata in KeV;
E = energia degli elettroni misurata in GeV; R = raggio
dell'orbita misurato in m.
Negli attuali anelli di accumulazione nei quali gli
elettroni circolano con energie dell'ordine di 20 GeV si ottiene luce di
sincrotrone fino a energia superiore ai 50 KeV, corrispondenti a una lunghezza
d'onda di frazioni di Ångstrom. L'inserzione di speciali dispositivi magnetici
sull'orbita consente di ottenere radiazione a lunghezze d'onda ancora inferiori
(raggi X molli). La potenza irraggiata come R.S. dagli anelli di accumulazione
(PEP in USA, PETRA nella Germania Occidentale) è di diversi megawatt. Le
caratteristiche uniche della R.S. ne fanno uno strumento ineguagliabile di
ricerca scientifica e tecnologica; essa costituisce infatti una sorgente intensa,
stabile, e a lunghezza d'onda variabile con continuità, con emissione a
piccolissimo angolo di apertura, polarizzata, sotto vuoto spinto, con struttura
temporale a impulsi (di nanosecondi di durata). Ciò consente ricerche e
applicazioni in vari campi.
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