Способ генерации электромагнитного излучения Советский патент 1985 года по МПК G21G4/04 

I1 Изобретение относится к способам получения потоко.в электромагнитного йзлучешад и может быть использовано при создании источников ионизирующего излучения, применяемых в радиагщонной технологии и при диагностике материалов и изделий. Известен способ генерации электро магнитного излучения в ультрафиолетовой области с помощью-источника за ряженных частиц и кристаллического сцинтиллятора, например Nal(Gs). Возбужденный при облуч.ен№Я заряженными частицами сцинтиллятор испускае кванты излучения lj . Однако такой способ ле позволяет получить излу«:ение рентгеновского ди апазона, а тплоке не позволяет регули ровать частоту излучения без замены используемого кристалла Р1аиболее близким техническим решением к предложенног гу является способ генерации электромагнитного излучения , включающий облучение коллимированным потоком релятивистских заряженных частиц двух параллельных друг другу монокристаллических пластин 2 . . Пластины расположены вдоль направ ления распространения пучка и ориентированы по отношению, к осип чка так, что угол ( между пучком и повер хностью пластины меньше критическохо угла Линдхарда. Траектория движения частицы пучка при этом представляет собой периодическую линию с длиной периода ./ t{i (где - расстояние между пластинами) вследствие многократного рассеяния от поверхностей кристаллических пластин. При подходе частицы к атомной плоскости Hi-seeT место скользящее отражение от поверх ности и релятивистская частица будет вследствие эффекта Допплера излучать кванты с длиной волны БП где у Е/тоб - лоренц-фактор частицы; В,-- энергия частицы.. Для ,f - 1 ГэВ при расстоякии9 например, между кpe fflиeвыми пластинами бр ft 10 мкм и угле падения Cf J 10 град излучение лежит в области длин волн 7 10 А„ Такой способ обла,цает рядом недостатков. Во-первых, необходимо использовать пучки заряженных частиц с минимальными поперeчны ш размерами, так как при поверхностном каналировании реализуется скользящее рассеяние. Так, при .поперечном размере пучка сЗц 0,1 мм для позитронов с энергией 1 ГэВ величина зоны одно- . кратного рассеяния будет равна L -J /, /(f ,3 м. Во-вторых, получение излучения в жестком диапазоне требует решения еще более сложных технических задач, поскольку в этом случае необходимо использовать пучки частиц с энергией. 1,0 ГэВ. Тогда зона однократного взаимодействия пучка позитронов с поверхностью кристалла достигнет несколько метров и изготовление совершенных кристаллов для такого ондулятора практически невозмол но. В-третьих, необходимо ориентировать кристаллы так, чтобы кристаллографические направления одного кристалла Е пределах критического углгп Линдхарда бьши параллельны соответствутгдим кр мс т ал.л о графическим направлениям другого кристалла, что представляет при больших энергиях заряженных частиц и малых расстояниях ме;кду кристаллами значительную трудность. Более того, интенсивность получаемого излучения определяется кратностью отражения частиц от поверхностей кристаллов, которая в приведенном способе с кристаллами реаль-ных размеров составляет величину не более 1-2. Цель изобретения - увеличение интенсивности получаемого электромагнитного излучения. Цель достигается тем, что в способе генерации электромагнитного излучения, включающем облучеьше коллимированным потоком релятивистскихзаряженных частиц монокристаллической пластины, ориентированной своей по- : верхностью к оси пучка под углбм ( , меньшим критического угла. Линдхарда, пластину помешают в однородное постоянное магнитное поле напряженностью л 1 РЕ ; де.( . ; V - скорость частицы, S заряд частицы; С скорость света, а межатомное расстояние в КЕ1ИС- талле; длина пластины: Е- энергия частицы, силовые линии .которого лежат в плоскости, параллельной рабочей плоское- ти пластины, и перпендикулярны оси пучка заряженных частиц. На чертеже изображена схема реализации предложенного способа. Пучок релятивистских легких заряженных частиц 1, коллимированных с помсяцью входного 2 и выходного 3 кол лиматоров, направляют на монокристал лическую пластину 4..Монокристаллическая пластина ориентирована своей поверхностью к оси входного 2 колли- матора под углом, меньшим критического угла Линдхарда, и помещена в , однородное постоянное магнитное поле напряженностью И , силовые линии которого (на чертеже изображены точками) перпендикулярны плоскости, прохо дящей через оси входного и выходного коллиматоров. Пучок заряженных частиц 1, например электронов, от источника формиру ется входным 2 коллиматором до угловой расходимости Щ падает под углом q На поверхность мо нокристаллической пластины 4. (Для : электронов, например с Е 1ГэВ и ориентацией (110). монокристалла крем ния 310 рад). При этом каждая рассея частица испытывает скользящее ние и .под тем же углрм (180-Cf) начинает удаляться от поверхности плас тины. Под действием постоянного магнитного поля напряженностью Н электроны после отражения опишут дугу радиусом . . R ...JJg ен ен / V/G -С -, скорость света; jV ,е - масса, скорость и заряд элек трона соо тв е тс тв енно, и вновь попадут на поверхность плас тины под углом Ср . Для тех же условий; Е 1 ГэВ кристалла Si и напряже ности поля Н 10 кгс - радиус ((, 300 см. Радиус дуги, которую описьшает электрон при отражении от поверхности кристаллической пластины, ,сос - „ тавляет «RH а расстояние между точками отражения каждого электрона (ЗЕ2ср (3E..e-(2Uo/E) ,.(2Uo) где (JQ - потенциал кристаллической плоскости, совпадающей с поверхностью пластины. Так как для Е 1 ГэВ и кгс расстояние между точками от.ражения 6 0,18 мм, на поверхности пластины длиной 40 мм количество отражений 200 i Б момент каждого отражения заряженных частиц от поверхности пластины излучаются кванты энергии. Полная излучаемая энергия 1 К (где S( - кратность отражения от пластины) превышает интенсивность излучения при- отражении от двух параллельньш пластин (прототип). Действительно, например, для Б 1 ГэВ, кгс и длины кристалла 40 мм имеем для предлагаемого источника К,1/Яц.2 й-200, для прототипа Кц b/gfi.qSil,. В итоге I,, /1 180 раз .Кроме общего увеличения интенсивности излучения, будет иметь место усиление вследствие интерференции на частотах -J cp-jf « 1.2,,,., Ширина каждого пика в спектре получаемого излучения определяется как AC«)f, СОуп При движении заряженная частица будет излучать кванты знергии не только на участке траектории с ра. 42. диусом , р г- вблизи поверхности 2.Uo I I ..... пластины, но и на.участке траекто- рии с радиусом R t- /еК , где действие поверхностного потенциала на частицу отсутствует и определяющим является действие магнитного поля. При этом излут1аются кванты знергии как в обычном магнитном ондуляторе. Однако расчет полной энер-. гни этих излучений показывает, что .Таким образом, основной вклад дает излучение при отражении. Отметим, что положительный эффект многократность отражения-достигается уже при весьма слабых па- Лях. „.,Е, Так как а ТО. при 1 ГэВ, (llO)Si VI L 2 см двухкраТность отражения достигается уже при Н 0,5 кгс. При меныпих значениях частица отразится от поверхности монокристаллической пластины один раз и положительный эффект не наблюдается. При значении напряженности поля ЙЕ Н 2(|| - положительньй эффект также б U. не достигается, поскольку не реализу ется эффект каналирования. В связи с этим на величину магнитного поля необходимо наложить ограничения Пример конкретной реализации способа. В качестве источника заряженньк частиц используем синхротрон Сириус с энергией электронов Е 1 ГэВ и угловой расходимостью пучка лс 1 . Монокристаллическая пластина размерами (40x10x1) мм изготов лена из кремния, так что кристаллографическая плоскость (110) совпадает с наибольшей по площади гранью . пластины. Рабочая поверхность пластины, на которую падает пучок электронов, с целью уменьшения диффузного отражения и поглощения, подвергну та вначале шпифовке, а затем химичес кой полировке. Пластину ориентируют, так, что пучок электронов полностью падает на один ее край, а угол падения q 6 мрад. Монокристаллическую пластину помещают в магнитное поле, однородное по всей длине кристалла, с напряженностью Н 100 кгс, что удовлетворяет ограничению на величину магнитного поля. При этом радиус описываемой электронами дуги R, 30 см, а расстояние между точками отражения составляет t 2 - 1,8-102 см. Таким образом, на длине пластины 1| 40 мм пучок испытывает более 200 отражений. Генерируемое при этом излучение отбирается за пластиной с помощью выходного коллиматора. Длина волны спектрального пика получаемого излучения N 6/у для Е 1 Гэ и кгс составляет ,5A, что более чем в 200 раз жеСтче длины волны излучения ондулятора AoHA.fco /2у2 -лгЮО А, с этой же энергией электронов Е и напряженностью поля-Н и с наиболее распространенными значениями периодичности БОНД 8 см. Мощность излучения N F2 лученная предложенным способом, превышает мощность излучения магнитного ондулятора, выбранного нами за баз овьш объект З , более чем на четыре порядка. Полная энергия излучения части:цы в таком источнике превьшает полную излученную энергию частицы в ондуляторе в три раза. Кроме того, предлагаемый источник позволяет изменением напряженности магнитного поля Н регулировать длину волны излучения, так как Н, что невозможно для магнитных ондуляторов. Таким образом, использование предложенного способа генерации электромагнитного излзгчения обеспечит по сравнению с прототипом увеличениеинтенсивности более чем в 180 раз, а по сравнению с базовым объектом увеличение мощности излучения более чем на четьфе порядка, получение более жесткого излучения и возможности регулирования длины волны излучения.

СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включанщий облучение коллимированным потоком релятивистских заряженных частиц монокристаллической пластины, ориентированной своей поверхностью к оси пучка под углом tj , меньшим критического угла Линдхарда, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения интенсивности излучения, пластину помещают в однородное магнитное поле напряжённостью .2срМ, й1. еа ей где|3 V скорость ,частицы; е - заряд частицы, С - скорость света; а - межатомное расстояние в кристалле; I - длина пластины; Е - энергия частицы, силовые линии которого лежат в плоскости, параллельной рабочей плоскости пластины, и перпендикулярны оси пучка заряженных частиц.