La radiación ciclotrón es radiación electromagnética emitida por partículas cargadas aceleradas no relativistas desviadas por un campo magnético . [1] La fuerza de Lorentz sobre las partículas actúa perpendicularmente tanto a las líneas del campo magnético como al movimiento de las partículas a través de ellas, creando una aceleración de las partículas cargadas que hace que emitan radiación como resultado de la aceleración que experimentan mientras giran en espiral alrededor de las líneas del campo magnético.
El nombre de esta radiación deriva del ciclotrón , un tipo de acelerador de partículas utilizado desde la década de 1930 para crear partículas altamente energéticas para su estudio. El ciclotrón hace uso de las órbitas circulares que exhiben las partículas cargadas en un campo magnético uniforme. Además, el período de la órbita es independiente de la energía de las partículas, lo que permite que el ciclotrón funcione a una frecuencia establecida . La radiación ciclotrón es emitida por todas las partículas cargadas que viajan a través de campos magnéticos, no solo las de los ciclotrones. La radiación ciclotrón del plasma en el medio interestelar o alrededor de los agujeros negros y otros fenómenos astronómicos es una fuente importante de información sobre los campos magnéticos distantes. [2] [3]
La potencia (energía por unidad de tiempo) de emisión de cada electrón se puede calcular: [4]
donde E es energía, t es tiempo, es la sección transversal de Thomson (total, no diferencial), B es la intensidad del campo magnético, v es la velocidad perpendicular al campo magnético, c es la velocidad de la luz y es la permeabilidad del espacio libre . [ verificación necesaria ]
La radiación ciclotrónica tiene un espectro con su pico principal en la misma frecuencia fundamental que la órbita de la partícula, y armónicos en factores integrales más altos. Los armónicos son el resultado de imperfecciones en el entorno de emisión real, que también crean un ensanchamiento de las líneas espectrales . [5] La fuente más obvia de ensanchamiento de línea son las no uniformidades en el campo magnético; [6] cuando un electrón pasa de un área del campo a otra, su frecuencia de emisión cambiará con la fuerza del campo. Otras fuentes de ensanchamiento incluyen el ensanchamiento por colisión [7] ya que el electrón invariablemente no seguirá una órbita perfecta, distorsiones de la emisión causadas por interacciones con el plasma circundante y efectos relativistas si las partículas cargadas son suficientemente energéticas. Cuando los electrones se mueven a velocidades relativistas, la radiación ciclotrónica se conoce como radiación sincrotrón .
El retroceso que experimenta una partícula que emite radiación ciclotrónica se denomina reacción de radiación . La reacción de radiación actúa como una resistencia al movimiento en un ciclotrón; y el trabajo necesario para superarla es el principal costo energético de acelerar una partícula en un ciclotrón. Los ciclotrones son ejemplos principales de sistemas que experimentan una reacción de radiación.
En el contexto de la energía de fusión magnética , las pérdidas de radiación del ciclotrón se traducen en el requisito de una densidad de energía de plasma mínima en relación con la densidad de energía del campo magnético.
Es probable que en una explosión nuclear a gran altitud se produzca radiación ciclotrónica . Los rayos gamma producidos por la explosión ionizarían los átomos en la atmósfera superior y esos electrones libres interactuarían con el campo magnético de la Tierra para producir radiación ciclotrónica en forma de pulso electromagnético (PEM). Este fenómeno es motivo de preocupación para los militares, ya que el PEM puede dañar los equipos electrónicos de estado sólido .
