Источник линейно-поляризованного гамма-излучения Советский патент 1986 года по МПК G21K1/06 H05H9/00 

Изобретение относится к техничес кой физике, а именно к источникам жесткого электромагнитного излучения, создаваемым на базе ускорителей заряженных частиц. Предлагаемое устройство может найти применение в экспериментальной физике высоких энергий, ядерной физике и радиацион ной технике. В настоящее время для получения жесткого электромагнитного излучения, обладакицего линейной .поляризацией, обычно используют устройства, состоящие из монокристаллических радиаторов, установленных в пучках электронов высокой энергии на ускорителях заряженных частиц. В таких устройствах, применяемых для генера ции когерентного тормозного излучения, кристаллический радиатор ориен тирован под углом 0 м2.а/.41Г Е, , где М- массовое число кристалла; а - период кристаллической стру туры; Eg- энергия ускоренных электронов, к одному из главных кристаллографических направлений относительно оси падающего квазипараллельного пучка частиц. При этом получают квазимоно хроматический спектр тормозного излучений, и линейная поляризация фотонов в когерентном максимуме достигает 60-70%. Частоту излучения в максимуме ы можно плавно регулировать путем изменения ориентации кристалла в при энергии пучка элек тронов EIJ . Недостатком такого устройства является невозможность полу чения линейно-поляризованного когерентного излучения в низкоэнергетической части тормозного спектра COoiO,1 Ер. В частности, до сих пор отсутствовали источники линейно-поляризованного когерентного излучения в области, энергий у -квантов меньше 50 МэВ, что необходимо, например, для изучения фотоядерных реакций, моделирования радиационных нарушений в космических аппаратах и в установках термоядерной технологии. Наиболее близким к предлагаемому является источник линейно-поляризованного пучка у -излучения, которы включает источник пучка релятивистских электронов и монокристаллический радиатор. В этом источнике релятивистские электроны захватьгоаются кристаллом в режим плоскостного каналирования и движутся по квазисинусоидальным траекториям, совершая осцилляции в перпендикулярной движе.нию плоскости. Такор характер движения согласно теории классической электродинамики приводит к линейной поляризации генерируемых фотонов со степенью поляризации близкой к 100%. Для электронного пучка с энергией 100-1000 КэВ спектр излучения имеет единственный узкий максимум при энергии фотонов от единиц до десятков мегаэлектронвольт. Регулирования энергии спектра у -излучения в данном устройстве достигают путем изменения энергии пучка электронов или путем изменения ориентации радиатора. При этом варьируют тип кристаллограф ческой плоскости, которую ориентируют вдоль оси пучка. Интенсивность генерируемого у -излучения в таком устройстве по величине оказьшается меньше по сравнению с интенсивностью когерентного тормозного излучения из-за того, что углы захвата электронов в режим плоскостного каналирования невелики и электрические поля атомных плоскостей малы по сравнению с полями атомных цепочек. Целью изобретения является повышение интенсивности излучения источника для получения линейно-поляризованного пучка фотонов. Поставленная цель достигается тем, что в известном источнике линейно-поляризованного пучка у -излучения, включающем источник пучка релятивистских электронов и монокристаллический радиатор, радиатор выполнен из монокристалла, структура которого имеет сдвоенные атомные цепочки, ориентированного так, что угол 6 между направлением сдвоенных атомных цепочек.и осью пучка электронов лежит в пределах 0 б Vc, где (ff - критический угол каналироваНа чертеже дана функциональная схема предложенного источника. Пучок релятивистских электронов вылетает из источника 1. На оси пучка установлена система коллиматоров 2, формирующая квазипараллельный пучок электронов с угловой расходимостью меньше критического угла кана лирования V,.(eV.E„У где Z - атомный номер кристалла; d - межатомное расстояние атомной цепочки. За коллиматором 2 на оси пучка установлен кристаллический радиатор 3 ориентацию осей которого можно изме нять в широком диапазоне углов. Уго ориентации нап1 авления двойных атом ных РИДОВ относительно оси пучка электронов установлен в пределах критического угла каналирования. Пр влете релятивистского электрона в кристалл, которого содержит сдвоенные атомные ряды, под углом меньшим критического угла каналирования (0 Vc) относительно эти рядов, электроны захватьгеаются в св занное движение по траектории вокру пар таких рядов с релятивистской продольной скоростью, а проекции траекторий в поперечной плоскости имеют вид вытянутого эллипса.. Анали стабильности спирального движения показьшает, что траектории относительно устойчивы при углах ориентации кристалла в2-е -С1т,р/Го-(5; где.OT-,- радиус Томаса-Фермиj о половина расстояния между соседними атомными цепочками, что соответствует частоте излучения прямо-вперед 2 jf 6- и составляет 10-20 КэВ при энергии электронов Ед 500-1000 МэВ. Как сле дует из классической электродинамики, при движении заряженных частиц, проекция траектории которых имеет вид эллипса, происходит излучение фотонов с линейной поляризацией, вектор которой направлен вдоль боль шой полуоси эллипса. Степень поляризации излучаемых фотонов определя ется формулой Р()/(), где а - большая и в - малая полуоси эллипса соответственно Так, для случая вытянутого эллипса, когда , имеем РйгО,6, степень поляризации фотонов для вьщеленнык траекто рий такого типа достигает 60%. При этом за счет увеличения угла захват в режим;каналирования большой глуби ны потенциальных ям в осевом случае по сравнению с плоскостным интенсив ность линейно-поляризованного у -из лучения по сравнению с прототипом возрастает в 6-8 раз. Изменяя ориен 344 тацию кристалла, легко вращать плоскость поляризации излучения. В качестве радиатора можно исполь зовать кристаллические структуры ти- па гранецентрированной или объемоцентрированной атомной решетки, например природный алмаз, кремуий, вольфрам или другие, где при ориентации, например, вдоль illO кристаллографического направления вьделяются сдвоенные атомные ряды. Предлагаемое устройство реализовано на синхротроне. Угловая расходимость пучка электронов с энергией 600 МэВ составляет л6- 0,810 рад. Кристаллический радиатор установлен в гониометрическом устройстве на прямолинейном промежутке ускорителя, которое позволяет ориентировать радиатор относительно оси пучка с точностью О,5-10 рад. Радиатор выполнен из природного кристалла алмаза в виде прямоугольной пластины (6-10) мм толщиной 300 мкм, ориентнрован так, что квазипараллельный пучок электронов проходит вдоль : 110 кристаллографического направления. Наличие и степень линейной поляризации у -излучения, генерированного при каналировании электронов в кристалле, определяли по асимметрии выхода фотонейтронов реакции (у ,п) на дейтерии. Мишень выполнена в вкцеЗ О, обогащенной дейтерием до 99,5% и заключенной в стеклянную ампулу диаметром 10 мм и длиной 100 мм. Нейтроны регистрировали всеволновым счетчиком типа СНМ-11 в парафиновом замедлителе, у которого эффективность регистрации постоянна в диапазоне энергий от нескольких КэВ до 4-5 МэВ. Степень линейной поляризации, усредненная по спелстру у -излучения, определяется как , R, где R 2: 1, есть анализирую щая способность метода измерения, а A.p(N|,-N ) (N,f+Nj) - азимутальная ассимметрия выхода нейтронов N и Nj в двух взаимно перпендикулярных плоскостях В данном примере реализуемого устройства Р 0,42iO,15, т.е. превышала 40%, а интенсивность выхода -квантов в 6-8 раз больше, чем в плоскостном случае. Таким образом, использование предлагаемого устройства в качестве источника линейно-поляризованного J -излучения повышает интенсивность выхоS1009д,,лбл1нризовэнных фотонов без увелиния 1|нергетических затрат. KpiAi Toro, предлагаемое устройствр а ф, долее жесткий спектр )f -излу - Ч % % ч i . г , ) V : -Д Т. ,V V Х 234б чения , что расширяет диапазон энергий используемого поляризованного пучка фотонов без замены мишени.

ИСТОЧНИК ЛИНЕЙНО-ПОЛЯРИЗОВАННОГО у -ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий источник пучка релятивистских электронов и монокристаллический радиатор, отличающийся тем, что, с целью повьппения интенсивности из.лучения, радиатор вьшолнен из монокристалла, структура которого имеет сйвоенные атомные .цепочки и ориентированного таким образом, что угол 0 между направлением сдвоенных атомных цепочек и осью пучка электронов лежит в пределах Об б 9с где 9с критический угол каналирования. (Л -4f - - / СО 4