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.

Известен 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, намагниченные вдоль оси симметрии ондулятора в противоположных направлениях, и два рабочих элемента из мягкого магнитного материала, установленные 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 λ волны которого определяется размером d магнитного блока, энергией ускоренных электронов
Е = γ m_oC², где m_o - масса электрона;
С - скорость света;
γ - релятивистский фактор, а также углом θ наблюдения
λ(θ)= (1+γ²θ²+K₁),
N= где N - количество магнитных блоков ондулятора;
К¹ - константа, обычно равная ≈1;
L - полная длина ондулятора.

Недостаток прототипа состоит в том, что в нем нет никакой фокусировки синхротронного излучения.

Последнее выходит из ондулятора в виде набора конических волновых полей, причем чем больше угол θ наблюдения, тем больше меридиональный размер соответствующей конической компоненты излучения. Все это является следствием того, что источник ондуляторного излучения представляет собой отрезок прямой линии, длина которого равна длине ондулятора.

Цель изобретения - повышение плотности излучения из ондулятора для одной определенной длины γ волны в пределах рабочего диапазона синхротронного излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в ондуляторе, содержащем расположенные без зазоров по обе стороны от оси симметрии ондулятора магнитные блоки, каждый магнитный блок содержит два постоянных магнита, намагниченные вдоль оси симметрии ондулятора в противоположных направлениях, и два рабочих элемента из мягкого магнитного материала, установленные 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 длина d_вх магнитного блока на входе ондулятора и длина d_вых магнитного блока на выходе ондулятора выбраны из условий
(1) где
(2) где f - расстояние от центра ондулятора до фокуса,
а длины остальных магнитных блоков изменяются по линейному спадающему закону вдоль оси симметрии ондулятора от d_вх до d_вых, а N= , где d_ср= .

Отличительными признаками заявленного ондулятора являются: длина магнитных блоков непостоянна и изменяется линейно вдоль оси симметрии ондулятора; значение длины магнитного блока на входе ондулятора и значение магнитного блока на выходе ондулятора.

На фиг.1 и 2 показаны поперечные сечения входного 1,1^I и выходного N,N^I магнитных блоков. Белые прямоугольники - рабочие элементы из мягкого магнитного материала, а черные прямоугольники - постоянные магниты.

В поперечном квазипериодическом магнитном поле заявленного ондулятора ускоренные электроны излучают синхротронное излучение, при этом угол θ излучения при заданной длине λ волны тем больше, чем меньше длина магнитного блока ондулятора. Так как в заявленном ондуляторе длина магнитных блоков адиабатически уменьшается от входа к выходу ондулятора, то возникает сгущение лучей света на расстоянии f от центра ондулятора. Это сгущение имеет вид фокального кольца, вдоль которого плотность излучения с данной длиной λ волны выше, чем в прототипе. В последнем длина магнитных блоков постоянна и нет никакой фокусировки излучения.

Пример реализации заявленного ондулятора для энергии электронов Е = 2,1GeV, γ = 4,2˙10³, средняя длина волны λ = 2 нм.

Ондулятор имеет длину L = 2,5 м. Выбираем длину фокуса f = 12,5 м. Тогда 2/2f = =0,1. Далее имеем
= = =1,14
Полная вариация длины магнитного блока равняется всего 14%. Средний θ_o = =1/γ = 1/4,2˙10^-3 = 2,39˙10^-4 рад. Диаметр фокального кольца Df = f. θ_o = 12,5 м.2,39˙10^-4 рад. = 3 мм.

Длина магнитного блока на входе равна d_вх = 10,7 см, длина магнитного блока на выходе ондулятора равна d_вых = 9,3 см.

Использование: физика и техника получения синхротронного излучения и может быть использовано на ускорителях электронов. Цель - повышение плотности излучения для заданной длины волны излучения в пределах рабочего спектра синхротронного излучения. Сущность: ондулятор содержит магнитные блоки, создающие поперечное квазипериодическое магнитное поле вдоль оси симметрии ондулятора, длина d_вых магнитного блока на входе ондулятора и длина d_вх магнитного блока на выходе ондулятора выбраны из условий, указанных в описании, при этом длина остальных магнитных блоков изменяется по убывающему линейному закону от d_вх до d_вых . 2 ил.

ОНДУЛЯТОР, содержащий расположенные без зазоров по обе стороны от оси симметрии ондулятора магнитные блоки, каждый из которых содержит два постоянных магнита, намагниченные вдоль оси симметрии ондулятора в противоположных направлениях, и два рабочих элемента из мягкого магнитного материала, установленных без зазоров между двумя постоянными магнитами, при этом намагниченность рабочих элементов из мягкого магнитного материала, расположенных по одну сторону оси симметрии ондулятора, совпадает с намагниченностью рабочих элементов из мягкого магнитного материала, расположенных по другую сторону от оси симметрии ондулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности излучения для заданной длины λ волны излучения, длину d каждого магнитного блока вдоль оси ондулятора от входа к выходу изменяют по спадающему линейному закону, а длину d_вх магнитного блока на входе ондулятора и длину d_выхмагнитного блока на выходе ондулятора выбирают из условий
d_вх = 2γ²λ / (1+γ²θ₁²+K₁) ;
d_вых = 2γ²λ / (1+γ²θ₂²+K₁) ,
где θ₁γ = (1-L / 2f) ; θ₂γ = (1+L / 2f) ;
γ = E / m_oc² ;
E - энергия ускоренных электронов;
m₀ - масса электрона;
c - скорость света;
L - длина ондулятора;
f - расстояние от центра ондулятора до фокуса;
K₁ - константа ондулятора, K₁ ~ 1;
θ₁ , θ₂ - углы наблюдения.