Ондулятор Советский патент 1983 года по МПК H05H7/04 

Изобретение относится к ускорите ной технике и может быть использова но для получения поляризованного эл тромагнитного излучения в широкой о ласхи спектра. Ондулятором называется устройство, в котором под действием внешнего магнитного поля релятивистские заря женные частицы совершают вынужденные периодические колебания относительно некоторого равномерно движущегося центра. Колебательное движение частиц сопровождается электромагнитным излучением. Ондуляторное излучение обладает интересными по ляризационными характеристиками. Eci ли частицы в ондуляторе движутся по спирали, то излучение, испускаемое ими циркулярно поляризовано. Циркулярно поляризованное излучение необходимо для исследования химических или биологических структур, обл дающих дихроизмом. Известен ондулятор, позволяквдий получить циркулярно поляризованное излучение, содержащий цилиндрический каркас, на котором концентрично расположены две обмотки, каждая из которых намотана двумя последователь но соединенными проводниками, образу кйцими двухзаходную спираль, заходы которой сдвинуты друг относительно друга на половину шага намотки ОТ , В данном ондуляторе можно полу{чить циркулярно поляризованное излучение при включении только одной обмотки. Однако в диапазоне углов л9 вблизи направления сосредоточена в основном первая гармоника, ст пень циркулярной поляризации которой 100%, а на гармониках высших порядков в направлениях соответствующих их максимальной жесткости и интенсив ности излучения степень циркулярной поляризации равна нулю. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ондулятор, содержащий цилиндрический каркас с размш1енными вдоль его оси постоянными магнитами. Магниты расположены вдоль оси таким образом, что при переходе к соседнему магниту направление магнитного поля поворачивается на угол i± , , где п - це.лое число И. В указанном ондуляторе формирует ся кусочно-однородное монотонное вращающееся магнитное поле, вдоль геометрической оси сосредоточена в основном первая гармоника излучения а на гармониках высших порядков, в направлениях,соответствующих их мак симальной жесткости и интенсивности излучения, как и в аналоге, степень циркулярной поляризации равна нулю. Это не позволяет использовать ондулятор как источник жесткого циркулярно поляризованного излучения в области мягкого рентгена при энергиях ускорителя 1-5 ГэВ. Кроме того, излучение на гармониках высших порядков направлено не по геометрической оси ондулятора, что значительно затрудняет использование его как источника для облучения объектов.Для получения излучения в области 1лягкого рентгена на первой гармонике необходимо уменьшать длину периода магнитного поля ондулятора. По техническим причинам сделать дЯд 1 см при зазоре между полюсами магнитом h 2 см (определяется рабочей областью синхротронов и накопителей), сохранив достаточно большой амплитуду магнитного поля, нельзя. Цель изобретения - расширение функ циональных возможностей ондулятора путем увеличения жесткости излучения и получение высокой степени циркулярно поляризованного излучения по заранее заданному закону циркуляции вектора скорости частицы в ондуляторе на гармониках высших порядков в максимуме их интенсивности по оси ондулятора . Поставленная цель достигается тем, что в ондуляторе, содержащем цилиндрический каркас с размещенными вдоль его оси постоянными магнитами, каждый постоянный магнит повернут относительно предыдущего на угол (f , определяемый соотношением (w-1 при этом длина магнитов L выбирается из соотношений Ьтк I 1- С°5тЦк-, ktt + Z 2uгде И1 - порядок симметрии кривой закона циркуляции вектора скорости частицы в ондуляторе, k- 1,2,3 ... порядковый номер магнита. На фиг. 1 приведена схема ондулятЬра. Ондулятор содержит цилиндрический каркас 1, постоянные магниты 2; на фиг. 2 - заданный закон циркуляции вектора скорости частицы с tti 4; на фиг. 3 - проекция циркуляции вектора скорости частищл в ондуляторепрототипе на плоскость, перпендикулярную оси ондулятора, на фиг. 4 то же, но для предлагаемого ондулятора, степень циркулярной поляризации - 3) 4 - интенсивнбсть излучения, 5 - жесткость излучения. Поляризационные характеристики можно представить в виде параметров iCTOKca

dEu cRlx

ii;r .0 ,i-.,(«)

do

W4

Retxit m yic- eEyK niExK ,„. V - 0 -

/Ех.Г /ЕукГ

|где: j - параметры Стокса,

. -

I

Фурье напряженности электрического подя В9/1НЫ ОИ,

V г г. )1,.

М p(Oexp...

L

k - номер гармоники ОИ;

52 - частота колебаний частицы

в ондуляторе; RO расстояние от ондулятора

до точки наблюдения;

« г с

- вектор скорости частицы; (в - средняя скорость частицы Е ондуляторе, 5r(t)vUV7i; - отклонение радиуса вектора частицы от центра ее колебани в ондуляторе;

е - заряд частицы, с - скорость света.

Выражение (2} справедливо под угламив 1, когда

/E,, ЕслиЕх( Ht,j представить в виде.

хк - ReEyj.-1го Еу Е,, ReE(,4i ImEy и подставить в 2), получим

Г /Еу.Г (чк/

отсюда f означает, что степеньциркулярН1Й1 поляризации близка к 100% на к-й гармонике в том случае, когда Е хк ijic- писанный случай может иметь место в каком-то

одном или нескольких направлениях о 1л . В других направлениях / 5 . Исследуем циркулярно поляризованное ОИ, испускаемое в направлении 77 11, где 1 - орт вдоль оси Z

0 ондулятора. Чтобы в направлении IT эффективно испускалось циркулярно поляризованное ОИ на высших гармониках необходимо, чтобы вектор rv(t) периодически проходил через это направление,

5 а его компоненты р„ ри списывали кри-., вую, обладающую cим :eтpиeй порядка 41. 3, а компонента |4jr являлась периодической функцией с периодок тТ, В ондуляторе (фиг. 1 напрайЛение

0 магнитного поля от магнита к магниту меняется вдоль оси на 135 в соответствии с заданным законом циркуляции вектора скорости частицы (фиг. 2). В соответствии с этим законом длина

5 магнитов с четными и нечетными номерами отличается в О раз.

В прототипе (фиг. 3) изображающая точка частицы движется по окружности на к-й гармонике. Излучение на правлено под углом к геометрической оси ондулятора и в максимуме интенсивности излучения 4 и жесткрсти излучения 5 к-й гармоники степень циркулярной поляризации 3 равна нулю.

5 в предлагаемом ондуляторе (фиг.- 4) изображающая точка частицы на гармониках высших порядков движется по диагоналям и сторонам квадрата, изменяя каждый раз в его углах направ0 ление движения на . В этом случае излучение на к-й гармонике направлено по оси ондулятора и в максимуме интенсивности излучения 4 и жесткости излучения 5 степень циркуля5 торной поляризации 3 равна 100%.

Предлагаемый ондулятор может быть эффективно использован как источник жесткого циркулярно поляризованного излучения для облучения объектов.

А

Г

(риг. f