Diposting Sabtu, 21 Agustus 2010 jam 8:41 am oleh The X

Radiasi Sinkrotron dan Siklotron

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Sabtu, 21 Agustus 2010 -


Radiasi sinkrotron dihasilkan oleh elektron relativistik (yang kecepatannya mendekati kecepatan cahaya) yang bergerak dalam medan magnet. Sumber elektron relativistik adalah komponen elektron dari sinar kosmik. Radiasi sinkrotron tersebar luas di Bima Sakti dan galaksi lainnya dan merupakan proses emisi sinambung yang paling mudah diamati dalam astrofisika.

Ada beberapa kesamaan antara radiasi Bremsstrahlung dan radiasi sinkrotron. Radiasi Bremsstrahlung terjadi ketika elektron dipercepat dalam medan listrik, sementara radiasi sinkrotron terjadi ketika elektron dipercepat dalam medan magnet. Keduanya adalah bentuk penghamburan muatan dalam sebuah medan. Karenanya, emisi sinkrotron sering juga disebut radiasi Bremsstrahlung magnetik atau magneto-Bremsstrahlung.

Untuk memahami emisi jenis ini, perlu diingat kalau sebuah partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet B dengan kecepatan v, mengalami gaya Lorenz. Hal ini terjadi bila partikel ini adalah elektron yang memiliki muatan e dan medan listrik yang ada dapat diabaikan. Gaya Lorentz ada tidak peduli apakah elektron itu relativistik atau tidak. Arah gaya ini tegak lurus kecepatan maupun medan magnet, dan besarnya adalah

Dimana phi adalah sudut antara kecepatan dan medan magnet, atau disebut dengan sudut pitch. Gambar berikut menunjukkan geometrinya.

Gambar 1. Ilustrasi radiasi yang dimunculkan oleh elektron dengan kecepatan sesaat, v, mengitari garis medan magnet dengan kekuatan B. (a) Elektron non relativistik yang kecepatannya tegak lurus arah medan magnet. Gaya yang bekerja pada elektron ini tegak lurus kecepatan dan medan magnet, menyebabkan elektron mengelilingi garis medan. Radiasi siklotron yang dihasilkan terpancar ke segala arah. (b) Elektron relativistik yang gerakannya tegak lurus medan magnet. Gaya pada elektron ini sama arahnya dengan yang dialami elektron pada gambar (a), namun radiasi yang dikeluarkan (radiasi sinkrotron) sangat terpusat ke arah maju membentuk kerucut dengan radius sudut phi = 1 per gamma. Dengan gamma adalah faktor Lorentz. (c) Situasi yang lebih realistik dimana sebuah elektron memiliki komponen kecepatan yang sejajar dan tegak lurus arah medan magnet. Sudut pitch, phi, adalah sudut antara kecepatan dan medan magnet.

Bila elektron hanya bergerak sejajar dengan medan magnet B (sin phi = 0), maka ia tidak mengalami gaya dan tidak akan memancarkan radiasi. Bila kecepatan awalnya berarah acak, maka elektron akan menempuh jalur spiral pada garis medan. Dalam satu periode girasi (waktu untuk satu loop), kecepatan elektron tidak berubah karena gaya ini, namun perubahan arahnya menghasilkan percepatan dan membuatnya memancarkan radiasi. Perhatikan bahwa ini bukan hanya terjadi pada elektron saja, tapi semua partikel yang bermuatan, seperti proton, atau ion lainnya. Walau begitu, emisi sinkrotron dari ion dapat diabaikan bila dibandingkan emisi elektron.

Bila medan magnet dalam plasma cukup kuat sehingga ia mempengaruhi partikel bermuatan secara dinamik, ia disebut plasma termagnetisasi. Kriteria yang lebih khusus adalah bila sebuah partikel bermuatan menyelesaikan paling tidak satu girasi sebelum ia berinteraksi (bertumbukan) dengan partikel lain, kondisi yang berbeda antara elektron dan ion.

Dalam plasma termagnetisasi, partikel bermuatan yang bergirasi terkopel dengan medan dan karenanya, terjebak di dalamnya. Bila garis medan tersebut melengkung, partikel yang bergirasi akan mengikuti lengkungan ini. Setiap emisi yang dipancarkan oleh partikel yang terjebak itu dapat dipakai untuk memetakan konfigurasi medan magnet. Contoh kasus astrofisikanya adalah prominensa yang kita lihat di matahari, seperti ditunjukkan dalam gambar 2 atau loop korona matahari pada gambar 3.

Gambar 2. Prominensa Matahari di amati saat gerhana.

Gambar 3. Sebuah loop korona dapat dilihat pada tepian matahari. Gambar ini diambil dengan satelit TRACE (Transient Region and Coronal Explorer) yang menunjukkan emisi pada panjang gelombang 171 A° dari ion Fe IX dan Fe X yang menempuh lintasan medan magnet mirip loop di atmosfer matahari. Emisi ini mencirikan plasma bersuhu 600 ribu Kelvin di daerah transisi atas atmosfer matahari.

Citra ini menunjukkan emisi garis rekombinasi (bukan sinkrotron) yang berasosiasi dengan gas terionisasi. Emisi demikian menempuh medan magnet yang keluar dari matahari dan membentuk struktur indah di atas. Dengan cara ini, muatan yang terjebak menghasilkan pencerahan medan magnet yang seharusnya tak terlihat. Begitu juga, emisi sinkrotron memungkinkan kita memetakan medan magnet kosmik di lokasi dimana elektron bersifat relativistik.

Radiasi yang dihasilkan khusus dari gerakan pada medan magnet tergantung pada kekuatan medan, B. Karenanya, tidak hanya pengamatan emisi demikian memberikan bukti keberadaan dan arah medan, namun juga menunjukkan kekuatan medan magnet tersebut.

ObjekKekuatan Medan Magnet (Gauss)
Ruang Antar Bintang0.000001
Ruang Antar Planet0.000001 – 0.00001
Korona Matahari0.00001 – 100
Nebula Planeter0.0001 – 0.001
Daerah H II0.000001
Permukaan Pulsar1.000.000.000.000
Sisa Supernova0.00001 – 0.01
Bumi0.31
Yupiter4.28
Saturnus0.22
Uranus0.23
Neptunus0.14

Referensi

  1. Bagenal, F. 1992, Giant Planet Magnetospheres. AREPS, 20, 289
  2. Irwin, J. 2007. Astrophysics : Decoding the Cosmos. John Wiley and Sons, Ltd.
  3. K. R. Lang, Astrophysical Formulae, Springer-Verlag, New York, 1999
The X
Sains adalah sebuah pengetahuan universal, ilmu pengetahuan tidaklah sama dengan pengetahuan dongeng. Kadang, fakta lebih menyakitkan daripada doktrin / pandangan turun temurun.
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.