穿越輻射

穿越輻射（英語：Trainsition Radiation，TR）是帶電粒子穿過不均勻的介質時發射的電磁輻射，比如帶電粒子穿越兩種不同介質的邊界。這不同於切倫科夫輻射，後者是帶電粒子在穿過均勻介質時，速度大於電磁波在該介質中相速度所發出的電磁輻射。

歷史

穿越輻射由金茲堡和弗蘭克在1945年給予理論證明 。 他們發現了帶電粒子垂直穿過兩種不同的均勻介質時，穿越輻射的存在。在帶電粒子運動的反方向，穿越輻射主要在可見光波段。輻射的強度對數正比於粒子的洛倫茲因子。在首次觀察到可見光波段的穿越輻射後 ，許多早期研究表明，採用可見光波段的穿越輻射來檢測和鑑別不同粒子的方法嚴重受限於較低的輻射強度。

1959年，Garibian表明對極端相對論粒子，穿越輻射還應出現在X射線波段，這使得穿越輻射再度引發了人們的興趣。Garibian的理論預測了一些X射線波段的穿越輻射的顯著特點 。 他理論證實，在穿越介質和真空邊界從而發出穿越輻射時，極端相對論粒子的能量損失直接正比於其洛倫茲因子。這一理論發現，使得穿越輻射在高能物理中的應用得到了可能。

因此從1959年開始，有大量的理論和實驗來研究穿越輻射，尤其是X射線波段的穿越輻射。

光學渡越輻射

光學渡越輻射（OTR）是相對論性帶電粒子穿越兩種介電常數不同的介質時產生的。該輻射是運動的粒子在兩種介質中激發的電磁場的麥克斯韋方程的兩個非齊次解的齊次差分。換句話說，因為粒子在不同介質中激發的電磁場不同，它必須在飛越邊界時「抖掉」這個差別。帶電粒子的穿越輻射能損取決於它的洛倫茲因子γ = E/mc²並且方向有一個與1/γ同階的，取決於粒子的路徑的夾角。激發的穿越輻射粗略來講與粒子能量E成正比。

光學渡越輻射激發時有向前和被介質表面反射的兩部分。在介質表面與粒子束成45°角時，束流的形狀會呈90°。更細緻的分析可以得到γ和發射率。

在相對論性估算中（$\gamma \gg 1$），即小角（$\theta \ll 1$）高頻（$\omega \gg \omega _{p}$），能譜可以表現為:

${\frac {dI}{d\nu }}\approx {\frac {z^{2}e^{2}\gamma \omega _{p}}{\pi c}}{\bigg (}(1+2\nu ^{2})\ln(1+{\frac {1}{\nu ^{2}}})-2{\bigg )}$

設$z$為原子序數，$e$為元電荷, $\gamma$為洛倫茲因子, $\omega _{p}$為電漿震盪頻率。在低頻狀況下近似失效。總能損為：

$I={\frac {z^{2}e^{2}\gamma \omega _{p}}{3c}}$

這種電磁輻射的性質使其很適合粒子鑑別，尤其是動量分布在7000100000000000000♠1 GeV/c到7002100000000000000♠100 GeV/c的電子和強子。 由電子穿越輻射產生的光子的波長分布在X光波長，其典型能量在5~6985240326473049999♠15 keV。但是，每次介面穿越產生的光子數比較小：對於γ = 2×10³的粒子，約有0.8個X射線波長的光子可以被探測到。通常會使用數層交替拜訪的材料或組分來手機足夠多的穿越輻射光子來做充分的測量——比如說，在一層探測器（比如微條氣體室）上的惰性材料。

通過在精準控制的厚度的上放置箔層以分割介質，相干效應會改變穿越輻射的譜和角參數。這會導致一個在更小的角「容量」內的更高的光子數。這種X射線源的應用因為如下的原因而被限制，即輻射僅在一個錐形範圍內被激發，並且它中心的輻射密度是最小的。適合於這種輻射模式的X射線聚焦儀器（晶體、透鏡等）不容易被製造。