《天体物理中的辐射机制》 - Welcome to Department of ....pptVIP

《天体物理中的辐射机制》/~wuxb/radiation.htm;10月21日复习题;第二章、经典辐射理论;带电粒子辐射的主要过程;1、运动电荷的辐射;达朗贝尔(d’Alembert)方程：;定义电量改正因子;(2)、单个粒子的辐射场;粒子的辐射场：;质量小的带电粒子产生的辐射强 小质量带电粒子可获得较大加速度 小质量带电粒子可具有较大速度和较小K 最轻的荷电粒子--电子，辐射最强！;(3)、单个带电粒子的辐射功率、角分布和谱分布;辐射角分布 辐射场的玻印亭矢量(Poynting vector) 单位时间通过面元d?的能量 每单位立体角辐射的功率 But note, dP(t)为由于在t’时刻电荷的辐射，观测者在t时刻所测得的单位时间通过面元d?的辐射能量。并非是电荷所在位置处单位时间沿d?方向辐射的能量。;观测者在t-t+dt时间内在面元d?接收的能量是电荷在t’-t’+dt’时间内发出的，按照能量守恒，有： 已知 故 由于 可得;最后可得： 上式给出了粒子在单位时间内沿给定方向的单位立体角辐射的能量，即辐射角分布公式。 由辐射场公式可推出：;两个极端情况下的辐射角分布： 1、非相对论极限(vc)： 此即电偶极子辐射的角分布， 两个特点：(1)与速度无关，(2)辐射角分布很宽， 且对加速度方向对称; 2、相对论极限(v-c or ?-1) 定性分析：若辐射方向n几乎沿?方向， 对相对论粒子，辐射将在粒子速度方向上出现尖锐的极大值；辐射有显著的方向性 半定量分析：以?表示n与?间夹角， 当?=0， 辐射达到极大 当?为异于0的小角时， 若要求在?角处辐射仍很强-;;两特殊情况下的辐射角分布： (1) ，如粒子沿静电场方向运动 辐射不再与速度无关。当vc时，上式回到电偶极辐射公式；当?增加时，偶极分布的两叶逐渐转向前方(?方向)；当?-1时辐射集中在?~1/ ?的狭小角锥中;(2) ，如粒子在静磁场中运动 ;Summary: 非相对论粒子和相对论粒子的辐射角分布有很大不同，前者有很宽角范围，后者具有显著方向性。这种方向性叫相对论粒子辐射的集束 (beaming)效应。 物理理解：高速粒子在其运动方向上的辐射由于Doppler效应而显著增强，而在其它方向特别是背着速度方向上的辐射剧减；这里的Doppler效应除了指频率变化外，更重要的是指粒子有效电量的变化。 在一般情况即加速度 方向任意时，可将 沿与?平行和垂直方向分解，辐射角分布的基本特征，即峰值功率沿速度方向将不会变化。;辐射总功率;2、对相对论粒子 直接积分困难，利用相对论变换容易从非相对论情况下总功率导出相对论粒子的辐射总功率 在一与粒子瞬时相对静止的参考系中，粒子辐射能量为 动量四矢 位置四矢 ;加速度 与四维加速度矢量的关系： ;在粒子静止参考系中辐射功率的四矢方程：;由;相对论粒子辐射功率;辐射功率与力的联系：;上式中 叫粒子的经典半径（电子经典半径~2.8E-13cm) 在给定外场(E，B)中的粒子，质量越大，辐射功率越低。电子的辐射远远超过质子。;辐射谱分布;场平均强度：场强平方在一周期中的平均值;dP(t)/d?的Fourier分析：;场的单色振幅E(?)和E(t)的关系：;可得;对非相对论电子，vc， ?~0，K=1，可由辐射场E(t)简便算出单色振幅E(?), 谱分布公式也较简便。;非相对论电子的谱分布：;有介质存在时-电子在折射率为nr的等离子体中的辐射;周期运动粒子辐射的谱分布;;《天体物理中的辐射机制》/~wuxb/radiation.htm;11月4日复习题;经典辐射理论 2、偏振(polarization)与Stokes参量;如给定 ，即唯一决定一椭圆偏振光 其全部偏振特性由强度 ，方位角 ，旋向以及长短轴比(扁率)给定 但 作为偏振参量并不恰当，因为实测中很难测定 需要定义一组具有强度量纲的偏振参量 Stokes参量：;偏振参量(I，Q，U，V)的实测办法： 实际过程是测量强度I作为方向角?和一个任意固定相移?的函数。测量时需要一个线偏器(偏振片)和一相移器。 ;任意偏振波的Stokes参量;若辐射束是几支独立波的混合，混合波的Stokes参量等于各独立波束相应的参量之和。;波的分解：以完全非偏振波--自然波为例 对自然波，强度I不依赖于方向?和给定的相移?;偏振度(degree of polarization);量