题目

自由电子在匀场磁场中做圆周运动 电子能保存多长时间
电子在磁场中理论上好像是一直保存下去.
可我看了一下视频电子枪易断电磁场中就没有电子的痕迹了.
电子束在运动中我们可以看到,是不是它会向往发射光子?
电子在运动中会有能量损失，那电子能存在多长时间，且它所存在的时间与速度有关吗？能量的损失与电子转弯的程度有关吗？静止时会有能量损失吗？

提问时间：2020-10-02

答案

是有这么回事,电子做圆周运动,向心加速度会导致电子速度方向发生改变,此时,电子会有发生同步辐射现象,发出光子.
电子同步辐射会损失动能,所以,如果不对电子进行加速的话,电子最终动能会丧失.
中国北京的正负电子对撞机就有一项研究是针对同步辐射光的……
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你真是一个爱问知识的好孩子.本来以为你看写科普的东西就好了,既然你要刨根问底,那这么说吧,根据经典电磁学理论,带电粒子的同步辐射能量损失与其加速度平方成正比.
如果电子是在原子核附近经过,受到核库仑场作用速度发生偏离,从而同步辐射能量损失可表示为：-dE/dx≈Z²N(E+mc²),其中Z是核电荷数,E是电子动能,mc²是电子静止能量.如果是电磁场作用,可以把电磁力等效成核库仑场,不过换算有些复杂.
给你一个大致的概念吧：在电子经过铅原子核的时候,9MeV的电子差不多每前进1μm,就会因为这种辐射损失1450eV的能量；而当电子能量更高的时候,这样的辐射损失能量方式就变成电子损失能量的最主要的方式了.所以,回旋加速器是不可能把电子加速到很高的速度的,因为电子在磁场中偏转的时候会因为同步辐射而损失能量.
至于电子存在的时间,自由电子的寿命可以看成是无限的,所以,不会因为速度而有所改变.当然,速度进入相对论区域后,电子寿命会比一般情况下更“长”；只是因为电子寿命本身就几近无限,所以这个“长”也没有什么具体比较的意义.
而从同步辐射能量损失可以看出,静止的电子由于没有法向加速度改变,所以它不会损失能量.当然,如果有法向加速度(即拐弯跑),它也会损失能量,只是由于当时速度为零,损失的能量不大可以忽略而已.