Radiação de transição - Transition radiation
A radiação de transição ( TR ) é uma forma de radiação eletromagnética emitida quando uma partícula carregada passa por meio não homogêneo , como um limite entre dois meios diferentes. Isso contrasta com a radiação Cherenkov , que ocorre quando uma partícula carregada passa por um meio dielétrico homogêneo a uma velocidade maior do que a velocidade de fase das ondas eletromagnéticas naquele meio.
História
A radiação de transição foi demonstrada teoricamente por Ginzburg e Frank em 1945. Eles mostraram a existência da radiação de transição quando uma partícula carregada perpendicularmente passou por uma fronteira entre dois meios homogêneos diferentes. A frequência da radiação emitida na direção inversa em relação à partícula estava principalmente na faixa da luz visível . A intensidade da radiação foi logaritmicamente proporcional ao fator de Lorentz da partícula. Após a primeira observação da radiação de transição na região óptica, muitos estudos iniciais indicaram que a aplicação da radiação de transição óptica para a detecção e identificação de partículas individuais parecia ser severamente limitada devido à baixa intensidade inerente da radiação.
O interesse pela radiação de transição foi renovado quando Garibian mostrou que a radiação também deveria aparecer na região do raio X para partículas ultrarelativísticas. Sua teoria previu algumas características notáveis para a radiação de transição na região de raios-x . Em 1959, Garibian mostrou teoricamente que as perdas de energia de uma partícula ultrarelativística , ao emitir TR ao passar pela fronteira entre a mídia e o vácuo , eram diretamente proporcionais ao fator de Lorentz da partícula. A descoberta teórica da radiação de transição de raios-X, que era diretamente proporcional ao fator de Lorentz, tornou possível o uso posterior do TR na física de altas energias .
Assim, desde 1959 a pesquisa teórica e experimental intensiva de TR e o raio x TR em particular começaram.
Radiação de transição na região do raio-x
A radiação de transição na região dos raios X ( TR ) é produzida por partículas carregadas relativísticas quando elas cruzam a interface de dois meios de diferentes constantes dielétricas . A radiação emitida é a diferença homogênea entre as duas soluções não homogêneas das equações de Maxwell dos campos elétrico e magnético da partícula em movimento em cada meio separadamente. Em outras palavras, como o campo elétrico da partícula é diferente em cada meio, a partícula deve "sacudir" a diferença ao cruzar a fronteira. A perda total de energia de uma partícula carregada na transição depende de seu fator de Lorentz γ = E / mc 2 e é principalmente direcionada para a frente, com pico em um ângulo da ordem de 1 / γ em relação ao caminho da partícula. A intensidade da radiação emitida é aproximadamente proporcional à energia E da partícula .
A radiação de transição óptica é emitida na direção direta e refletida pela superfície da interface. No caso de uma folha com um ângulo de 45 graus em relação a um feixe de partículas , a forma do feixe de partículas pode ser vista visualmente em um ângulo de 90 graus. Uma análise mais elaborada da radiação visual emitida pode permitir a determinação de γ e da emitância.
Na aproximação do movimento relativístico ( ), pequenos ângulos ( ) e alta frequência ( ), o espectro de energia pode ser expresso como:
Onde está a carga atômica, é a carga de um elétron, é o fator de Lorentz , é a frequência do plasma . Esta divergência em baixas frequências onde as aproximações falham. A energia total emitida é:
As características desta radiação eletromagnética a tornam adequada para a discriminação de partículas, particularmente de elétrons e hádrons na faixa de momento entre 1 GeV / c e 100 GeV / c . Os fótons de radiação de transição produzidos por elétrons têm comprimentos de onda na faixa dos raios-X, com energias tipicamente na faixa de 5 a 15 keV . No entanto, o número de fótons produzidos por cruzamento de interface é muito pequeno: para partículas com γ = 2 × 10 3 , cerca de 0,8 fótons de raios-X são detectados. Normalmente, várias camadas de materiais alternados ou compostos são usados para coletar fótons de radiação de transição suficientes para uma medição adequada - por exemplo, uma camada de material inerte seguida por uma camada de detector (por exemplo, câmara de gás de microfita) e assim por diante.
Ao colocar interfaces (folhas) de espessura e separação de folhas muito precisas, os efeitos de coerência irão modificar as características espectrais e angulares da radiação de transição . Isso permite que um número muito maior de fótons seja obtido em um "volume" angular menor. As aplicações dessa fonte de raios X são limitadas pelo fato de a radiação ser emitida em forma de cone, com intensidade mínima no centro. Dispositivos de focalização de raios X (cristais / espelhos) não são fáceis de construir para tais padrões de radiação.