La radiación ciclotrón es radiación electromagnética emitida por partículas cargadas con aceleración no relativista 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 del planeta. líneas del campo magnético.
El nombre de esta radiación deriva del ciclotrón , un tipo de acelerador de partículas utilizado desde los años 1930 para crear partículas altamente energéticas para su estudio. El ciclotrón utiliza 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 determinada . La radiación ciclotrón es emitida por todas las partículas cargadas que viajan a través de campos magnéticos, no sólo las de los ciclotrones. La radiación ciclotrón del plasma en el medio interestelar o alrededor de agujeros negros y otros fenómenos astronómicos es una fuente importante de información sobre 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 de la luz libre. espacio . [ se necesita verificación ]
La radiación ciclotrón tiene un espectro con su pico principal a la misma frecuencia fundamental que la órbita de la partícula y armónicos en factores integrales superiores. 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 líneas son las faltas de uniformidad en el campo magnético; [6] a medida que un electrón pasa de un área del campo a otra, su frecuencia de emisión cambiará con la intensidad del campo. Otras fuentes de ensanchamiento incluyen el ensanchamiento por colisión [7], ya que el electrón invariablemente no podrá seguir 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 ciclotrón se conoce como radiación sincrotrón .
El retroceso que experimenta una partícula que emite radiación ciclotrón se denomina reacción de radiación . La reacción a la radiación actúa como resistencia al movimiento en un ciclotrón; y el trabajo necesario para superarlo es el principal coste energético que supone acelerar una partícula en un ciclotrón. Los ciclotrones son excelentes ejemplos de sistemas que experimentan reacciones de radiación.
En el contexto de la energía de fusión magnética , las pérdidas por radiación del ciclotrón se traducen en el requisito de una densidad de energía del plasma mínima en relación con la densidad de energía del campo magnético.
La radiación ciclotrón probablemente se produciría en una explosión nuclear a gran altura . 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 ciclotrón en forma de pulso electromagnético (EMP). Este fenómeno preocupa a los militares ya que el EMP puede dañar los equipos electrónicos de estado sólido .
