Способ генерации когерентного синхротронного излучения

 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к использованию пучков заряженных частиц высоких энергий для генерации когерентного синхронного излучения. Целью изобретения является повышение мощности синхротронного излучения в заданном направлении в широком диапазоне длин волн. Сущность способа заключается в том, что вводом плоскомодулированного пучка при определенных условиях в однородное, вдоль заданного направления, магнитное поле достигается условие синхронизма запаздывающих положений излучающих в этом направлении частиц со световым сигналом. Это обеспечивает возникновение локальной движущейся области когерентности, где одинаковые поляризованные поля различных частиц складываются и образуется направленное когерентное синхронное излучение. Способ позволяет получить когерентное синхротронное излучение большой мощности в заданном направлении с потоком излучения в широком интервале длин волн от миллиметрового до оптического диапазона. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 05 Н 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВТОРСНОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР (21) 4263480/24-21 (22) 16.06.87 (46) 23.12.90. Бюл. № 47 (72) С.Г. Арутюнян и M.P. Иаилян (53) 621.384.6(088.8) (56) Хопф Ф., Купер Т., Мур Дж. и др.

Лазер на свободных электронах с точки зрения лазерной физики. — В кн.:

Генераторы когерентного излучения на свободных электронах. - M, Мир, 1978, с. 7-41.

Прохоров А.M. Когерентное излучение электронов в синхротроне в области сантиметровых волн. — Радиотехника и электроника, т.1, вып.1.,1956, с. 71. (54) СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ КОГЕРЕНТНОГО

СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к использованию пучков заряженных частиц высоких энергий для генерации когерентИзобретение относится к ускоритель, ной технике, в частности к использованию пучков заряженных частиц высокой энергии для генерации когерентного синхротронного излучения.

Целью изобретения является повышение мощности синхротронного излучения в заданном направлении в широком диапазоне длин волн.

Сущность способа заключается в том, что вводом плоскомодулированного пуч-, „.SU» 115896 А1

2 ного синхротронного излучения. Целью изобретения является повышение мощности синхротронного излучения в заданном направлении в широком диапазоне длин волн. Сущность способа заключается в том, что вводом плоскомодулираванного пучка при определенных условиях в однородное, вдоль заданного направления, магнитное поле достигается условие синхронизма запаздываюпг,-х положений излучаюцч . в этом направлении частиц со световым сигналом.

Это обеспечивает возникновение локаль". ной движущейся области когерентности, где одинаковые поляризованные поля различных частиц складываются и образуется направленное когерентное синхронное излучение. Способ позволяет получить когерентное синхротронное излучение большой мощности в заданном направлении с потоком излучения в ши. роком интервале длин волн от миллимет,рового до оптического диапазона. 1 ил. ка при определенных условиях в однородное вдоль заданного направления магнитное поле достигается условие синхронизма запаздывающих положений излучающих в этом направлешп частиц со световым сигналом, что обеспечивает возникновение локальной движущейся области когерентности, где одинаково поляризованные поля различных частиц складываются, т.е. генерирует, ся направленное когерентное синхротронное излучение.

1615896 ю 113 (1+ 6)2 ч, RD .

1 в

20 где Š†электрическое поле, В/м;

Н - магнитное поле, Э; 25

e — зонд частицы, К;

1, — направление вдоль запазщ вающего положения радиуса частицы;

1 — направление вдоль магнитного З0 поля; — относительная скорость частицыо

Условие синхронизации запаздываю щих положений частиц световым сигналом обеспечивает возникновение интерференционного максимума поля, шириной вдоль направления излучения л RP с когерентным сложением электромагнит-! ных полей отдельных частиц; д 40 (н, = )E (" " " (< р")х„

,) где К и Н - суммарные электрическое, В/м, имагнитное„Э. поля в области когерентности

1 - расстояние ближайшей к этой области частицы, м;

Ь вЂ” расстояние между крайни-.

30 ми на фронте мддуляцни частицами, м;

N - число частиц пучка.

Это значит, что локальный поток излучения в выбранном направлении в

N раз превосходит интенсивность син-.. хротронного излучения одной частицы.

На чертеже приведена схема обеспечения синхронизации вводом промодулиВозможность получения когерентного излучения определяется геометрией же-. сткой части поля синхротронного излучения ультрарелятивистского заряда, пространственно сосредоточенной в протяженной области с поперечным размером в плоскости орбиты К f . Размер этой области в вертикальном направлении " DII., где D — - расстояние, прохо- 10 л. -1 димое световыми сигналами, формирую:щими эту область и испущенными в кону се с осью вдоль запаздывающего направления. движения излучающей частицы и раствором < (", — лоренц-фактор. 1$

Электрическое и магнитное поля одной частицы в этой области определяются выражениями

l рованного пучка заряженных частиц в однородное вдоль оси Z магнитное пойе, Наклон фронта модуляции относительно направления движения пучка, угол

9 ввода пучка в магнитное поле и скорость частиц Р< связываются условием, что любая частица пучка достигает оси в тот момент, когда эту точку проходит световой сигнал, испущенныйв точке 2, т.е.

sin (Ц вЂ” II ) зжР

Число когерентно излучаюцих частиц N определяется плотностью частиц в пучке, максимальными поперечными размерами пучка и максимальным допуском на смещение частиц относительно плоскости модуляции. Наиболее жестким является допуск на смешение частиц относительно плоскости модуляции, который не должен превьппать предельной длины волны синхротронного излучения

1,7 10 t Н, где Нп — напряженность магнитного поля на оси Z.

Допуск на поперечный размер пучка в плоскости орбит определяется соотношением

sin6

2п sin. g где g - угол раствора конуса когеренгного излучения, меньший

Допуск на поперечный размер пучка в направлении„ перпендикулярном плоскости орбит, имеет вид

1 а„с пцп (Q 1дat ), где 1п - расстояние от точки излучения 3 до детектора, регистрирующего излучение в точке 4. Второй член в этой формуле обусловлен тем, что детектирование излучения производится на конечном расстоянии от излучателя.

Угол раствора < конуса когерентного излучения фактически определяется угловым разбросом частиц в пучке 08 допуск на величину которого

g /(Ксоз0).

Предлагаемый способ допускает вариацию предельной длины волны излучения изменением напряженности внешнего магнитного поля.

В качестве примера осуществления способа рассмотрим возможность получения когерентного синхротронного излучения в инфракрасной области пре5 161 дельной длины волны 30 МэВ электронным пучком с разбросом по энергии

1%, Излучение с длиной волны 17 мкм генерируется электронами энергии во внешнем магнитном поле, равном

290,67 3, при этом радиус кривизны орбит К 3,44 м, угол ввода пучка в магнитное поле 8 3,7863, угол между плоскостью модуляции и направлением излучения g и 91,7673 . Максимальный . пустимый размер сгустка относительно плоскости модуляции 17 мкм.

Допуск на размер, ортогональный плоскости орбит, определяется членом

-1 II 0,48 см (величнна - -p 55 см).

2 ii

Допуск на поперечный размер пучка в плоскости орбит для рассмотренных значений параметров оказывается

212 см, что не ограничивает реально достижимые поперечные размеры пучка.

Положим этот размер 3 см. В пучке с 99%-ной модуляцией на длине достижима плотность частиц 5,0 10 см .

Суммарное поле сгустка при этом достигает величины л 5,1 ° 10 В/см. Данное поле соответствует локальному потоку вдоль выбранного направления излучения -7,0 10 Вт/см2.

На чертеже проиллюстрирован способ синхронизации запаздывающих положений излучающих частиц со световым сигналом, вводом промодулированного пучка заряженных частиц в однородное в одном направлении магнитное поле.

Ось излучения обозначена через Е, область магнитного поля заштрихована, 1 — положение фронта модуляции пучка до ввода в магнитное попе { — наклон фронта модуляции относительно направления движения частиц.до ввода в магнитное поле, 8 - угол ввода пучка относительно оси Z, 2 и 3 — запаздывающие положения излучающих вдоль оси Z крайних на фронте модуляции частиц, 4 — область когерентного излучения, возникающая после прохождения частиц оси Z, 5 — положение фронта модуляции пучка после прохождения магнитного поля, 1О, - расстояние между точками 3 и 4, L — расстояние между точками 2 и 3.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ генерации когерентного синхротронного излучения, заключающийся ъ том, что релятивистский пучок заряженных частиц модулируют в одном направлении и вводят в магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности синхронного излучения в заданном направлении в широком диапазоне длин волн, магнитное поле вдоль оси излучения формируют однородным, при этом скорость частиц v угол 0(. между направлением движения пучка заряженных частиц и плоскостью модуляции и угол О между направлением движения пучка заряженных частиц и осью выходного излучения удовлетворяют соотношению с sin(g — 8) чэ

sin0Б

30 гце с - скорость света, м/с, а пучок Формируют так, чтобы допуск

d на поперечный размер пучка в плоскости орбит частиц и допуск а < на поперечный размер пучка в направлении, 35 перпенд улярном этой оскости, удовлетворяли выражениям д, - 2

4О

Я ( де g - лоренц-фактор частиц;

1 ф=К/f — предельная длин,. волны синхротронного излучения, м;

R — радиус траектории частиц в магнитном поле, м; (— угол раствора конуса когерентного излучения, определяемый угловым разбросом частиц

1 - расстояние меяду точкой излу0 чения и точкой детектирования излучения, м.

50

Прецлагаемый способ позволяет получить мощное когерентное синхротронное излучение в заданном направлении с

5 потоком излучения в широком интервале длин волн от миллиметрового до оптического диапазона.

1615896

Составитель Е, Громов

Техред И.Дидык Корректор В. Гирнях

Редактор М. Бланар

Заказ 3997 Тираж 661 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101