सिंक्रोट्रॉन प्रारण : इलेक्ट्रॉनासारखे विद्युत् भारित कण चुंबकीय ( किंवा विद्युतीय ) क्षेत्रामध्ये सर्पिल मार्गात प्रकाशाच्या गतीएवढ्या गतीला ( सेकंदाला सु. ३ लाख किमी.) प्रवेगित केल्यास जे प्रारण निर्माण होते त्याला सिंक्रोट्रॉन प्रारण म्हणतात. इलेक्ट्रॉन, पॉझिट्रॉन किंवा आयन ( विद्युत् भारित अणू, रेणू किंवा अणुगट ) प्रकाशाच्या गतीने जात असताना त्यांचा मार्ग चुंबकीय क्षेत्रामुळे बदलतो. हे विद्युत् भारित कण सिंक्रोट्रॉन प्रारणाच्या रुपातील ऊर्जा उत्सर्जित करतात, मात्र कमाल गतीला पोहोचल्यावर कणातील ऊर्जा कमी होते. थोडक्यात सिंक्रोट्रॉन प्रारण ही विद्युत् चुंबकीय ऊर्जा आहे.
स्वीडिश खगोल ज्योतिर्विद ⇨ हान्नेस आल्फव्हेन व एन्. हेर्लोफसन यांनी १९५० मध्ये सर्वप्रथम सिंक्रोट्रॉन प्रारणाची संकल्पना विशद केली. नंतर रशियन खगोल भौतिकीविद आय्. एन्. श्क्लोव्हस्की यांनी ही कल्पना अधिक परिपूर्ण रीतीने विकसित केली. तीनुसार चुंबकीय क्षेत्रामधील प्रेरणा रेषांभोवती परिभ्रमण करणारे इलेक्ट्रॉन प्रकाशाच्या गतीएवढे प्रवेगित होतात, म्हणून त्यांना सापेक्षीय इलेक्ट्रॉन म्हणतात. त्यांच्या ऊर्जेनुसार आणि या चुंबकीय क्षेत्राच्या बलानुसार ते वर्णपटामधील प्रकाशाच्या व रेडिओ तरंगांच्या भागांतील प्रारण उत्सर्जित करतात. तसेच सिंक्रोट्रॉन नावाच्या ⇨कणवेगवर्धका त चुंबकीय रीतीने प्रवेगित केलेले इलेक्ट्रॉन असेच प्रारण उत्सर्जित करतात. यामुळे या प्रारणाचे सिंक्रोट्रॉन प्रारण हे नाव पडले आहे.
इलेक्ट्रॉन किंवा पॉझिट्रॉन मुद्दाम वर्तुळाकार कक्षांतून पाठवून सिंक्रोट्रॉन प्रारण तयार करतात. प्रयोगशाळेत इलेक्ट्रॉनांची शलाका संचायक वलय नावाच्या खास प्रकारच्या सिंक्रोट्रॉन कणवेगवर्धकातील मार्गातून गेल्याने सिंक्रोट्रॉन प्रारण निर्माण होते. अणुकेंद्रीय भौतिकीविद सामान्यपणे इलेक्ट्रॉनांना अतिउच्च गतीपर्यंत प्रवेगित करण्यासाठी सिंक्रोट्रॉन हा कणवेगवर्धक वापरतात. भारतात इंदूर येथे सेंटर फॉर ॲडव्हान्स्ड टेक्नॉलॉजीमध्ये इंडस I व इंडस II हे सिंक्रोट्रॉन प्रारणाचे संचायक वलय स्रोत कार्यरत आहेत.
सिंक्रोट्रॉन प्रारण अतिशय ध्रुवित प्रकारचे ( एकाच प्रतलात कंप पावणारे ) प्रारण असून हे त्याचे एक वैशिष्ट्ये आहे. ऊष्मीय प्रारण ध्रुवित नसते, हे माहीत झाल्याने ज्योतिर्विद ध्रुवणविषयक व इतर मापने घेऊ शकतात. त्यांवरुन आकाशगंगेतील व तिच्या बाहेरील चुंबकीय क्षेत्राचे बल ठरवू शकतात. उदा., सूर्याभोवती असलेले गांगेय (आकाशगंगेशी निगडित ) चुंबकीय क्षेत्र. ध्रुवतेप्रमाणे अखंडता हेही सिंक्रोट्रॉन प्रारणाचे वैशिष्ट्ये आहे. सिंक्रोट्रॉन प्रारणाची तीव्रता व कंप्रता (एका सेकंदात होणाऱ्या आंदोलनांची संख्या ) या बाबी संबंधित चुंबकीय क्षेत्राचे बल आणि या चुंबकीय क्षेत्राचा परिणाम होणाऱ्या विद्युत् भारित कणांची ऊर्जा यांच्याशी थेट निगडित असतात. याचा अर्थ चुंबकीय क्षेत्राचे बल जेवढे अधिक आणि विद्युत् भारित कणांची ऊर्जा जेवढी जास्त तेवढी उत्सर्जित सिंक्रोट्रॉन प्रारणाची तीव्रता व कंप्रता जास्त असतात.
अनेक प्रकारचे खस्थ पदार्थ सिंक्रोट्रॉन प्रारण उत्सर्जित करीत असल्याचे आढळले आहे. गुरु ग्रहाभोवतीच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रेरणा रेषांमधून उच्च ऊर्जा असलेले इलेक्ट्रॉना सर्पिल मार्गाने जाताना सिंक्रोट्रॉन प्रारण निर्माण होते. या प्रारणाची तरंगलांबी रेडिओ तरंगांच्या तरंगलांबीएवढी आहे. अशा रीतीने गुरु अतितीव्र रेडिओ संकेत उत्सर्जित करीत असतो, हे लक्षात आले. आकाशगंगा या दीर्घिकेतील अतिदीप्त नवताऱ्यांचे [⟶ नवतारा व अतिदीप्त नवतारा ] मागे राहिलेले वायुरुप अवशेष, आकाशगंगेबाहेरील ⇨ क्वासार हे खस्थ पदार्थ, दीर्घिकांभोवतीचे प्रभामंडल, दीर्घिकांच्या बाहेरील जड खस्थ पदार्थ इत्यादींमध्ये सिंक्रोट्रॉन प्रारणासारखी रेडिओ उत्सर्जने आढळली आहेत. सदर स्रोतांच्या तापमानावर हे प्रारण अवलंबून नसते. सापेक्षतः थंड खस्थ पदार्थही या प्रारणाच्या रुपातील मोठी विद्युत् चुंबकीय ऊर्जा मुक्त करु शकतो, म्हणून सिंक्रोट्रॉन प्रारण पुष्कळदा अऊष्मीय प्रारण म्हणूनही ओळखले जातात.
बाह्य अवकाशातून पृथ्वीकडे येणाऱ्या अतिशय भेदक ⇨ विश्वकिरणांत इलेक्ट्रॉन असतात व ते विशेष महत्त्वाचे आहेत, कारण आंतरतारकीय चुंबकीय क्षेत्रातील त्यांच्या गतीमुळे ते सिंक्रोट्रॉन प्रारण उत्सर्जित करतात. यांमुळे आकाशगंगा महत्त्वाचा रेडिओ संकेतांचा उद्‌गम बनली आहे. आकाशगंगेत अनेक सुटे रेडिओ तरंगांचे उद्‌गम आढळले असून त्यांतील सर्वांत तीव्र उद्‌गम सिंक्रोट्रॉन प्रारण उत्सर्जित करतात. त्याच्या निरीक्षणांवरुन आकाशगंगेत सर्वत्र विश्वकिरण इलेक्ट्रॉन आढळत असल्याचे सूचित होते. आकाशगंगेभोवतीच्या गोलाकार वायुरुप गांगेय प्रभामंडलातही सिंक्रोट्रॉन प्रारण आढळते. इतर दीर्घिकांकडूनही सिंक्रोट्रॉन प्रारण येताना आढळते. त्यावरुन यांपैकी काही दीर्घिकांमध्ये आकाशगंगेपेक्षा विश्वकिरण इलेक्ट्रॉनांची घनता (संख्या) पुष्कळच जास्त असल्याचे सूचित होते. आकाशगंगेतील आंतरतारकीय वायूमधील अतिऊर्जावान इलेक्ट्रॉन दुर्बल, परंतु आकाराने प्रचंड अशा आकाशगंगेच्या चुंबकीय क्षेत्रातून सर्पिल मार्गाने प्रकाशाच्या गतीएवढे प्रवेगित होतात, तेव्हा सिंक्रोट्रॉन प्रारण उत्सर्जित होते. आकाशगंगेजवळच्या सर्वसाधारण दीर्घिका सिंक्रोट्रॉन प्रारण प्रक्रियेद्वारे ओळखता येईल असे रेडिओ तरंग उत्सर्जित करतात. अतितीव्र सिंक्रोट्रॉन प्रारण आकाशगंगा व इतर दीर्घिकांच्या सर्पिलाकार भुजांशी निगडित असलेल्या चुंबकीय क्षेत्रापासून आणि बहुतेक दीर्घिकांभोवतीच्या वायुरुप प्रभामंडलापासून बाहेर पडताना आढळते. विश्वकिरणांच्या अध्ययनातून मिळालेले पुरावे आणि सिंक्रोट्रॉन प्रारणाचा रेडिओ ज्योतिषशास्र [⟶ रेडिओ ज्योतिषशास्र ] अभ्यास यांच्या आधारे आकाशगंगेभोवतीच्या विरळ प्रमाणात तारे असलेल्या प्रभामंडलाचे अस्तित्व सिद्घ करता आले. [⟶ आकाशगंगा आयनद्रायु भौतिकी दीर्घिका ].
आकाशगंगेबाहेरचे तसेच राक्षसी दीर्घिका व क्वासार यांच्याशी संबंधित रेडिओ उद्‌गमांचे वर्णपट सिंक्रोट्रॉन प्रारणामुळे मिळतात. ⇨ पल्सार हे स्वतःभोवती फिरणारे स्पंदमान न्यूट्रॉन तारे असून त्यांच्यापासून सिंक्रोट्रॉन प्रक्रियेद्वारे प्रारणाचे स्पंद अगदी लयबद्घ रीतीने मंदगतीने बाहेर पडतात. तसेच स्वतःभोवती फिरणारी कृष्णविवरे [⟶ गुरुत्वीय अवपात ] विद्युत् भारित कण मोठ्या प्रमाणावर बाहेर फेकीत असण्याची शक्यता आहे. ते कण चुंबकीय क्षेत्राने आणखी प्रवेगित होऊन सिंक्रोट्रॉन प्रारण निर्माण होत असण्याची शक्यता आहे.
सिंक्रोट्रॉन प्रारण दृश्य वर्णपटविज्ञानात क्वचित वापरले जाते परंतु क्ष-किरण शलाका निर्मितीसाठी हे प्रारण विशेष उपयुक्त आहे. क्ष-किरण विवर्तन हे अणूएवढ्या सूक्ष्मकणांचा अभ्यास करण्याचे सर्वात जुने तंत्र आहे. नव्या प्रगतीमुळे या तंत्राचे व्यापक उपयोग होऊ लागले. यांपैकी एका प्रगत उपयोगात सिंक्रोट्रॉन प्रारण हा क्ष-किरणांचा शक्तिशाली उद्‌गम म्हणून वापरतात. जीवविज्ञान, भौतिकी आणि रसायनशास्त्र यांतील मूलभूत व अनुप्रयुक्त अशा विविध प्रकारच्या संशोधनांमध्ये सिंक्रोट्रॉन प्रारण वापरतात. तसेच वैद्यक व तंत्रविद्या यांतील अनुप्रयुक्तींसाठीही सिंक्रोट्रॉन प्रारण वापरतात. उदा., सिंक्रोट्रॉन प्रारण प्रतिमादर्शन [⟶ वैद्यकीय प्रतिमादर्शन ] रोगनिदान करण्यासाठी वापरतात [⟶ रोगनिदान ]. हे प्रारण निरनिराळ्या अभिज्ञातकांतही वापरतात. आधुनिक घन अवस्था कण अभिज्ञातकाबरोबर हा नवीन क्ष-किरण स्रोत वापरुन घन पदार्थांविषयी पुष्कळच नवी व तपशीलवार माहिती मिळविली जाते.
पहा : कणवेगवर्धक रेडिओ ज्योतिषशास्र विद्युत् चुंबकीय तरंग क्ष-किरण.
संदर्भ : 1. Catlow, C. R. Greaves, G. N., Eds., Applications of Synchrotron Radiation, 1991.
2. Duke, P. J. Synchrotron Radiation Production and Properties, 2000.
3. Koch, E. E. Sasaki, T. Winick, H., Eds., Handbook of Synchrotron Radiation, Vols. 1–4, 1988–91.
4. Margaritondo, G. Introduction to Synchrotron Radiation, 1988.
5. Winick, H., Ed., Synchrotron Radiation Sources : A Primer, 1995.
ठाकूर, अ. ना.