ОНДУЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к физике и технике получения синхротронного излучения и может быть использовано на ускорителях электронов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному ондулятору является ондулятор, который содержит расположенные периодически с постоянным шагом без зазоров по обе стороны от оси симметрии ондулятора магнитные блоки, каждый магнитный блок содержит два постоянных магнита, намагниченных вдоль оси симметрии ондулятора в противоположных направлениях, и два рабочих элемента из мягкого магнитного материала, установленных без зазоров между двумя постоянными магнитами, намагниченность рабочих элементов из мягкого магнитного материала, расположенных по одну сторону от оси симметрии ондулятора, совпадает с намагниченностью рабочих элементов из мягкого магнитного материала, расположенных по другую сторону от оси симметрии ондулятора.

В поперечном периодическом магнитном поле ондулятора ускоренные электроны, идущие вдоль оси симметрии ондулятора, излучают синхротронное излучение, длина волныλ которого определяется размером d магнитного блока, энергией ускоренных электронов Е=γm_ос², где m_о - масса электрона; с - скорость света; γ- релятивистский фактор, а также углом наблюдения θ
λ(θ) = (1+γ²θ²+K₁), где К₁ - константа, обычно равная 1.

Недостаток прототипа состоит в том, что спектральный отклик ондулятора состоит из главного максимума и боковых лепестков. Наличие боковых лепестков снижает динамический диапазон спектральной характеристики прототипа. Появление боковых лепестков вызвано тем, что магнитное поле ондулятора резко начинается и резко обрывается на входе и выходе ондулятора.

Цель изобретения расширение динамического диапазона ондулятора путем подавления боковых лепестков в спектpальном отклике ондулятора.

Цель достигается тем, что в ондуляторе, содержащем расположенные с постоянным шагом без зазоров по обе стороны от оси симметрии ондулятора магнитные блоки, каждый магнитный блок содержит два постоянных магнита, намагниченных вдоль оси симметрии ондулятора в противоположных направлениях, и два рабочих элемента из мягкого магнитного материала, установленных без зазоров между двумя постоянными магнитами, намагниченность рабочих элементов из мягкого магнитного материала, расположенных по одну сторону от оси симметрии ондулятора, совпадает с намагниченностью рабочих элементов из мягкого магнитного материала, расположенных по другую сторону от оси симметрии ондулятора, при этом толщина t рабочего элемента из мягкого магнитного материала выбрана из условия
t(Z)= t_oexp[-A(Z-Z_o)²/2L²], где Z - координата данного рабочего элемента из мягкого магнитного материала; Z_о координата центра ондулятора, L - длина ондулятора; А - постоянный коэффициент, например, равный 4,68.

Отличительным признаком заявленного ондулятора является то, что толщина t рабочего элемента из мягкого магнитного материала изменяется плавно вдоль оси симметрии ондулятора.

На чертеже показаны магнитные блоки ондулятора, поперечное сечение. Белые прямоугольники - рабочие элементы из мягкого магнитного материала, черные прямоугольники - постоянные магниты. Показано всего пять пар магнитных блоков: два по краям, один в центре ондулятора и два на расстоянии L/4 от центра ондулятора. Длина магнитного блока равна d.

В поперечном периодическом магнитном поле ондулятора ускоренные электроны излучают синхротронное излучение, интенсивность которого пропорциональна квадрату напряженности поперечного магнитного поля. Чтобы интенсивность синхротронного излучения изменялась плавно по Гауссову закону
I(Z)= I_oexp[-A(Z-Z_o)²/L²] , необходимо, чтобы напряженность поперечного периодического магнитного поля ондулятора изменялась по закону
H(Z)= H . В свою очередь напряженность поперечного магнитного поля пропорциональна толщине t рабочего элемента из мягкого магнитного материала. Отсюда следует, что для достижения поставленной цели необходимо
t(Z)=t =t_oexp[-A(Z-Z_o)²/2L²]
В силу теоремы Фурье, которая связывает форму источника излучения с формой спектральной линии, изменение толщины t по Гауссову закону приводит к тому, что форма спектральной линии предлагаемого ондулятора будет близка к Гауссовой и не будет содержать интенсивных боковых лепестков. Это позволит проводить эксперименты вблизи интенсивных линий поглощения без воздействия этой линии на результаты экспериментов. Благодаря этому динамический диапазон описываемого ондулятора выше, чем у прототипа.

Конкретное значение выигрыша, которое можно получить в ондуляторе, зависит от коэффициента А. Если А очень велико, например, А≈20, то эффективная длина действующей части ондулятора будет во много раз меньше его физической длины L. С другой стороны, если А очень мало, например, А≈1/2, то боковые лепестки будут подавлены незначительно. Оптимальным можно считать значение коэффициента А, равное 4,68, когда эффективная длина действующей части ондулятора будет равна L/2. При этом напряженность магнитного поля на входе ондулятора будет равна около 27% от максимального значения в центре ондулятора.

Пример реализации заявленного ондулятора для d=10 см, N=25, L=2,5 м. Толщина рабочего элемента из мягкого магнитного материала в центре ондулятора t_о=10 мм. Выбрав значение А=4,68, выбираем толщину рабочего элемент из мягкого магнитного материала по Гауссову закону, при этом толщина t на входе и выходе ондулятора составляет 2,7 мм. Действующая длина ондулятора составит L_эф= 1,25 м. Интенсивность боковых лепестков спектрального отклика ондулятора уменьшится по крайней мере в 10 раз.

Использование: физика и техника получения синхротронного излучения и может быть использовано на ускорителях электронов. Цель: повышение динамического диапазона ондулятора в спектральном отклике. Сущность: ондулятор содержит магнитные блоки, создающие переменное поперечное магнитное поле вдоль оси ондулятора, при этом толщина t каждого рабочего элемента из мягкого магнитного материала выбрана из условия t(Z)=t_oexp[-A(Z-Z_o)²/2L²] , где Z - координата данного рабочего элемента из мягкого магнитного материала; Z_o - координата центра ондулятора; l - длина ондулятора; А = 4,68. 1 ил.

ОНДУЛЯТОР, содержащий расположенные с постоянным шагом без зазоров по обе стороны от оси симметрии ондулятора магнитные блоки, каждый из которых состоит из двух постоянных магнитов, намагниченных вдоль оси симметрии ондулятора в противоположных направлениях, и двух рабочих элементов из мягкого магнитного материала, установленных без зазоров между двумя постоянными магнитами, при этом намагниченность рабочих элементов из мягкого магнитного материала, расположенных по одну сторону от оси симметрии ондулятора, совпадает с намагниченностью рабочих элементов из мягкого материала, расположенных по другую сторону от оси симметрии ондулятора, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона ондулятора, толщина t каждого рабочего элемента из мягкого магнитного материала выбрана из условия
t (Z) = t_o exp [-A (Z - Z_o)² / 2L²],
где Z - координата данного рабочего элемента из мягкого магнитного материала;
Z_o - координата центра ондулятора;
A_o - толщина рабочего элемента из мягкого магнитного материала в центре ондулятора;
L - длина ондулятора;
A - постоянный коэффициент.