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'''穿越辐射'''（{{lang-en|Trainsition Radiation}}，'''TR'''）是[[帶電粒子|带电粒子]]穿过[[同質與異質|不均匀的]]介质时发射的[[電磁輻射|电磁辐射]]，比如带电粒子穿越两种不同介质的边界。这不同于[[契忍可夫輻射|切伦科夫辐射]]，后者是带电粒子在穿过[[同質與異質|均匀]][[介電質|介质]]时，速度大于[[电磁波]]在该介质中[[相速度]]所发出的电磁辐射。

== 历史 ==
穿越辐射由[[维塔利·拉扎列维奇·金兹堡|金兹堡]]和[[伊利亚·米哈伊洛维奇·弗兰克|弗兰克]]在1945年给予理论证明 <ref>V.L.Ginzburg and I.M.Frank [http://inspirehep.net/record/45474/ "Radiation of a uniformly moving electron due to its transition from one medium into another"] {{Wayback|url=http://inspirehep.net/record/45474/ |date=20190414102758 }}, JETP (USSR) 16 (1946) 15-28; Journ.Phys. USSR 9 (1945) 353-362</ref>。 他们发现了带电粒子垂直穿过两种不同的均匀介质时，穿越辐射的存在。在带电粒子运动的反方向，穿越辐射主要在[[光|可见光]]波段。辐射的[[強度 (物理)|强度]][[对数]]正比于粒子的[[勞侖茲因子|洛伦兹因子]]。在首次观察到可见光波段的穿越辐射后 <ref>P.Goldsmith and J.V.Jelley,[https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786435908238241 "Optical transition radiation from protons entering metal surfaces"] {{Wayback|url=https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786435908238241 |date=20220124020010 }}, Philos.Mag. 4 (1959) 836</ref>，许多早期研究表明，采用可见光波段的穿越辐射来检测和鉴别不同粒子的方法严重受限于较低的辐射强度。

1959年，Garibian表明对极端相对论粒子，穿越辐射还应出现在[[X射线]]波段，这使得穿越辐射再度引发了人们的兴趣。Garibian的理论预测了一些X射线波段的穿越辐射的显著特点 <ref>G.M.Garibyan [http://jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_006_06_1079.pdf "Contribution to the Theory of Transition Radiation"] {{Wayback|url=http://jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_006_06_1079.pdf |date=20201002000226 }}, JETP (USSR) 33 (1957) 1403; Sov.Phys.JETP 6 (1958) 1079</ref>。 他理论证实，在穿越介质和真空边界从而发出穿越辐射时，极端相对论粒子的能量损失直接正比于其洛伦兹因子<ref>G.M.Garibyan [http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_010_02_0372.pdf "Transition Radiation Effects in Particle Energy Losses"] {{Wayback|url=http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_010_02_0372.pdf |date=20190410191129 }}, JETP (USSR) 37 (1959) 527-533; Sov.Phys.JETP 10 (1960) 372</ref>。这一理论发现，使得穿越辐射在[[粒子物理學|高能物理]]中的应用得到了可能<ref>Boris Dolgoshein [http://ivanik3.narod.ru/Vacuum/DolgosheinNIMdet.pdf "Transition radiation detectors"] {{Wayback|url=http://ivanik3.narod.ru/Vacuum/DolgosheinNIMdet.pdf |date=20191206081225 }}, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A326 (1993) 434-469</ref>。 

因此从1959年开始，有大量的理论和实验来研究穿越辐射，尤其是X射线波段的穿越辐射。<ref>[https://books.google.com/books?id=Y1fbXwKcQWMC&pg=PA137&lpg=PA137&dq=fast+charged+particles+passing+through+media+with+boundaries+garibian#v=onepage&q=fast%20charged%20particles%20passing%20through%20media%20with%20boundaries%20garibian&f=false "Health Physics Division annual progress report"] {{Wayback|url=https://books.google.com/books?id=Y1fbXwKcQWMC&pg=PA137&lpg=PA137&dq=fast+charged+particles+passing+through+media+with+boundaries+garibian#v=onepage&q=fast%20charged%20particles%20passing%20through%20media%20with%20boundaries%20garibian&f=false |date=20211108210218 }}, Oak Ridge National Laboratory, p.137, 1959</ref><ref>[http://lss.fnal.gov/archive/1975/conf/fermilab-conf-75-111-e.pdf "Some New Developments on Transition Radiation Detectors"] {{Wayback|url=http://lss.fnal.gov/archive/1975/conf/fermilab-conf-75-111-e.pdf |date=20170211101223 }} [[Luke Chia-Liu Yuan|L. C. Yuan]], Brookhaven National Laboratory, p.2, Upton, New York, USA and CERN, Geneva, Switzerland</ref>

==光学渡越辐射==
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光学渡越辐射（OTR）是[[相对论]]性带电粒子穿越两种[[介电常数]]不同的介质时产生的。该辐射是运动的粒子在两种介质中激发的电磁场的[[麦克斯韦方程]]的两个非齐次解的齐次差分。换句话说，因为粒子在不同介质中激发的电磁场不同，它必须在飞越边界时“抖掉”这个差别。带电粒子的穿越辐射能损取决于它的洛伦兹因子{{math|''γ'' {{=}} ''E''/''mc''<sup>2</sup>}}并且方向有一个与{{math|1/''γ''}}同阶的，取决于粒子的路径的夹角。激发的穿越辐射粗略来讲与粒子能量{{math|''E''}}成正比。

光学渡越辐射激发时有向前和被介质表面反射的两部分。在介质表面与粒子束成45°角时，束流的形状会呈90°。更细致的分析可以得到{{math|''γ''}}和发射率。

在相对论性估算中（<math>\gamma \gg 1</math>），即小角（<math>\theta \ll 1</math>）高频（<math>\omega \gg \omega_p</math>），能谱可以表现为<ref>{{Cite book|title=Classical Electrodynamics|url=https://archive.org/details/classicalelectro0000jack_e8g9|last=Jackson|first=John|publisher=John Wiley & Sons, Inc|year=1999|isbn=978-0-471-30932-1|location=|pages=[https://archive.org/details/classicalelectro0000jack_e8g9/page/646 646]–654}}</ref>:

<math>\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 )</math>

设<math>z</math>为原子序数，<math>e</math>为元电荷, <math>\gamma</math>为[[洛伦兹因子]], <math>\omega_p</math>为[[等离子震荡]]频率。在低频状况下近似失效。总能损为：

<math>I = \frac{z^2 e^2 \gamma \omega_p}{3 c}</math>

这种[[电磁辐射]]的性质使其很适合粒子鉴别，尤其是动量分布在{{val|1|u=GeV/c}}到{{val|100|u=GeV/c}}的[[电子]]和[[强子]]。
由电子穿越辐射产生的[[光子]]的[[波长]]分布在X光波长，其典型能量在5~{{val|15|u=keV}}。但是，每次介面穿越产生的光子数比较小：对于{{math|γ}} = 2×10<sup>3</sup>的粒子，约有0.8个X射线波长的光子可以被探测到。通常会使用数层交替拜访的材料或组分来手机足够多的穿越辐射光子来做充分的测量——比如说，在一层探测器（比如微条气体室）上的[[化学惰性|惰性]]材料。

通过在精准控制的厚度的上放置箔层以分割介质，[[相干性|相干效应]]会改变穿越辐射的谱和角参数。这会导致一个在更小的角“容量”内的更高的光子数。这种X射线源的应用因为如下的原因而被限制，即辐射仅在一个锥形范围内被激发，并且它中心的辐射密度是最小的。适合于这种辐射模式的X射线聚焦仪器（晶体、透镜等）不容易被制造。

== 参考文献 ==
<references />

[[Category:粒子物理学]]
[[Category:射线]]