Спиральный ондулятор Советский патент 1987 года по МПК H05H7/04 

11 Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения Поляризованного электромагнитного излучения, в широкой области спектра. Известен ондулятор, содержащий цилиндрический каркас, на котором концентрично расположены две обмотки каждая из которых намотана двумя последовательно соединенными провод никами, образующими двухзаходную спи раль, заходы которой сдвинуты одинотносительно другого на половину шага намотки. В таком ондуляторе можно получить циркулярно поляризованное излучение при включении только одной обмотки. При включении двух обмоток излучение линейно поляризовано. По. этому такой ондулятор не может использоваться как эффективный источник циркулярно поляризованного излучецкя, Наиболее близким к изобретению является спиральный ондулятор, содержащий цилиндрический каркас, обмотку из двух последовательно соединенных проводников, образукяцих двухзаходную спираль, заходы которой сдвинуты один относительно другого на половину шага намотки. Недостатком его является то, что л0 . |Т в диапазоне углов зи направления сосредоточена в основном первая гармоника, степень циркулярной поляризации которой 100%, а на гармониках высших порядков в направлениях, соответствующих их максимальной жесткости и интенсив , степень циркулярной поляризации равна нулю. Это не позволяет использовать такой ондулятор как источник жесткого циркулярно поляризованного излучения в области мягкого рентгена при энергиях ускорителя 1-5 гэВ. Кроме того, в таком ондуля.торе излучение на гармониках высших порядков «аправлено не по геометрической оси ондулятора, что значитель но затрудняет использование его как источника для облучения объектов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей спирального ондулятора путем увеличе ния интенсивности и жесткости излучения и получение высокой степени циркулярно поляризованного излучения 1 на гармониках высших порядков в максимуме их интенсивности по осл ондулятора. Поставленная цель достигается тем, что в спиральном ондуляторе, содержащем цилиндрический каркас, обмотку из двух последовательно соединенных проводников, образующих двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты один относительно другого на половину шага намотки, концентрично первой обмотке установлена вторая из двух последовательно соединенных проводников, образующих двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты один относительно .другого на половину шага намотки, при этом проводники двух обмоток образуют только левую или только правую . винтовую линию, а шаг винтовой линии первой обмотки и шаг винтовой линии второй обмотки связаны между собой соотношениями где m - порядок симметрии закона циркуляции вектора скорости частицы, причем m 3; р - целое число, меньшее т, причем 2р т. Поляризационные характеристики излучения можно представить с помощью параметров Стокса ,.где YI параметры Стокса; i eu)tu)H| компо21гс R. нент Фурье напряженности электрического поля волны ОИ| I f(t) exp { i, Itrn (t) ,. c(1-rr)J к - номер гармоники ОИ; ix) u) КО ; Я - частота колебаний частшда. в ондуляторе; расстояние от ондулятора до точки наблюдения.; T-f --;

V - вектор скорости частицы; с - средняя скорость частицы в

ондуляторе; ) iP(t) - vt - отклоне10727с tO

im-f-.

T(t)

i.r

(Cos 9 t -f

+ Cos 39 t ) ± j (Sin Q t + -4 Например, такой режим реализуется в ондуляторе, состоящем из двух . концентрично расположенных обмоток, каждая из которых намотана двумя. последовательно соединенными проводниками, образующими двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты один относительно другого на половину шага намотки, при этом проводники двух обмоток образуют только левую или только правую винтовую ли-. нию, а jl, Л т .Положим , 1 та-р р 2,в этом случае J( 2.2 .

9t+ Cos 3 )ftxp 1 .

9t + Sin 3 t ) exp Г L

ft

Cos 49. t ) exp ( i, imnS(t ) Ln, ( Sin + ) -J Sin 49 I-/; n У y 7 S - углы,образуемы(В B &KTopoM iT с плоскостя ми xZ, yZ и осью ZJ % ( + ПУ Пу ук + + n n (6) . Dy (ny 4- n Пу/5ук + + пу n 2. в.г. углы Ч , Уу , 0 связаны с соотношен .ем S.ii/0 . Исследуем свойства ОИ, испускаемого в направлении оси ондулятора. У, 4. 0 0; пу 0; Uj, 1; °VK. хЧ- -By к; Используя разложение ехр IP (КФ) exp (ip4 ), дем. найдем ., i Вук- -yfl (К - Ц+(|С9е) , . где К 2q -f 1; } 0,1,2. . ., ае . . Ri ( imt ) led-)If Подставив в выражение (6) искомы величины, получим, что в данном слу чае в направлении оси Z испускается ОИ со степенью циркулярной поля.ризации /,,/ - 1 на всехгармониках . На фиг. 1 изображена схема спирального ондулятора; на фиг. 2 - пр екция циркуляции вектора скорости частицы в спиральном ондуляторе при m 4; на фиг. 3 - проекция вектора

ъ,;: (ti).

J jj dt;

c(l-ff)

n- gr (t ) 0 (t).l ...

)Jj c( n 6-;(e) 7 J

c(1-nf) JJ - ...Sin 9 t ) .f n (j Cos 3 t + , n Sinr, n.. CosQ ;. I скорости частицы в ондуляторе-прототипе; на фиг. 4 - проекция вектора скорости частицы в предлагаемом онуляторе. Спиральный ондулятор состоит из двух концентрично расположенных обмоток 1 и 2. Обмотка 1 намотана двумя последовательно соединенными проводниками 3 и 4, а обмоТка 2 намотана двумя последовательно соединенными проводниками 5 и 6. Шаг винтовой линии обмотки 1 не равен шагу винтовой линии обмотки 2. I - 1 Как видно на фиг. 3, изобража- ющая точка частицы движется по ок- ружности на К-й гармонике. Излучение направлено под углом к оси ондулятора и в максимуме интенсивности и жескости степень циркулярной поляризации равна нулю. Как видно на фиг. 4, изображающая точка в спиральном ондуляторе за период четыре раза проходит мимо центра, находящегося на геометрической оси ондулятора. В этом случае излучение на К-й гармонике направлено по геометрической оси ондулятора и в максимуме интенсивности и жесткости степень циркулярной поляризации равна 100%.- Расчеты показывают, что по сравнению с прототипом интенсивность излучения увеличивается в пять раз, а жесткость - в четыре раза. Таким образом, такой спиральный ондулятор можно эффективно использовать как источник жесткого циркулярно поляризованного излучения.

СПИРАЛЬНЫЙ ОНДУЛЯТОР, содержащий цилиндрический каркас, обмотку из двух последовательно соединенных проводников, образующих : двухзахо ную спираль, заходы у которой сдвинуты один относительно другого на половину шага намотки, отлич аЮЩийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, ондулятора путем увеличения интенсивности и жесткости излучения и получения высокой степе ни циркулярйо поляризованного излучения на гармониках высших порядков в максимуме их интенсивности по оси ондулятора, концентрично, первой обмотке установлена вторая обмотка из двух последовательно соединенных проводников, образующих двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты, один относительно другого на половину шага намотки, при этом проводники двух обмоток образуют только левую или только правую винтовую линию, а шаг винтовой линии первой обмотки Э и шаг винтовой линии второй обмотки (. связаны между собой соотношениями Р Лг т-р где m - порйдок симметрии закона циркуляции вектора скорости частицы, причем ш 3; р - целое число, меньшее in, причем 2р т.