Циклотронное излучение
2.4. Циклотронное излучение
В магнитном поле электрон движется по винтовой траектории с осью на магнитной силовой линии. При этом он испытывает ускорение, что приводит к излучению. Механизм излучения заряженной частицы в магнитном поле называют в общем случае магнитотормозным Излучение нерелятивистской частицы (E << mc2), обычно называют циклотронным, для релятивистских частиц – синхротронным. Рассмотрим эти два предельных случая.
Частота дипольного излучения нерелятивистского электрона равна его ларморовской частоте вращения в магнитном поле с напряженностью H:
(2.33)
Для чисто кругового движения (когда скорость электрона вдоль поля равна нулю) радиус орбиты электрона
(2.34)
При v << c всегда 
Излучение можно рассматривать как излучение двух взаимно перпендикулярных гармонических осцилляторов, сдвинутых друг относительно друга по фазе на ½p, или как излучение электрического диполя с моментом 
, вращающегося вокруг силовой линии с частотой wH. Средняя за период интенсивность циклотронного излучения
(2.35)
где a – угол между направлением магнитного поля 
и волновым вектором 
. Излучение происходит на частотах вблизи wH. Более подробная теория [15, 18] показывает, что излучение также имеет место и на гармониках гирочастоты, то есть на частотах
Рекомендуемые материалы
w = swH,
где s = 2, 3,… Интенсивность излучения быстро спадает с увеличением номера гармоники s. Таким образом, спектр циклотронного излучения состоит из дискретных спектральных линий на гирочастоте и на ее гармониках.
Циклотронный мазер. При некоторых условиях в замагниченной плазме возможен эффект усиления магнитотормозного излучения. Примером этого является случай потоковой неустойчивости, когда заряженные частицы имеют распределение по скоростям вида
, (2.36)
Рекомендация для Вас - 32 - Информация.
где Ts, Ns и m – температура, концентрация и масса частиц в потоке. Распределение (2.36) отличается от максвелловского распределения наличием слагаемого 
в экспоненте. В случае параллельности 
коэффициент поглощения на частоте n будет
, (2.37)
а интенсивность излучения
. (2.38)
Если njbscosa > 1, коэффициент поглощения становится отрицательным, а система поток–плазма начинает усиливать излучение. Частицы в потоке начинают излучать когерентно, то есть в фазе, и складываются амплитуды (а не интенсивности) волн, генерируемых отдельными частицами. Имеет место мазерный эффект.
Механизм мазерного усиления в замагниченной плазме применяется для объяснения высоких яркостных температур в ряде астрофизических объектов, где присутствует сильное магнитное поле и потоки частиц. Прежде всего, это солнечное радиоизлучение (шумовые бури I типа), спорадическое излучение Юпитера (Tb до 1015 K), радиоизлучение магнитосферы Земли на километровых волнах (Tb до 1017 K), пульсары, вспыхивающие звезды (типа UV Cet) и тесные двойные системы (типа RS CVn).
