Способ генерации когерентного синхротронного излучения Советский патент 1990 года по МПК H05H15/00 

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к использованию пучков заряженных частиц высокой энергии для генерации когерентного синхротронного излучения.

Целью изобретения является повышение мощности синхротронного излучения в заданном направлении в широком диа- пазоне длин волн.

Сущность способа заключается в том, что вводом плоскомодулированного пуч-.

ка при определенных условиях в однородное вдоль заданного направления магнитное поле достигается условие синхронизма запаздывающих положений излучающих в этом направленгш частиц со световым сигналом, что обеспечивает возникновение локальной движущейся области когерентности, где одинаково поляризованные поля различных частиц складываются, Тое генерируется направленное когерентное синхротронное излучение.

а:

СП

00

со

Oi

Возможность получения когерентного излучения определяется геометрией жесткой части поля синхротронного излучения ультрарелятивистского заряда, пространственно сосредоточенной в протяженной области с поперечным размером в плоскости орбиты ЕУ ЗО Размер этой области в вертикальном направлении oyi где D - расстояние, прохо- ;димое световыми сигналами, формирую- 1щими эту область и испущенными в кону- |се с осью вдоль запаздывающего направ- ;ления. движения излучающей частищл и ; раствором у Ц - лоренц-фактор , Электрическое и магнитное поля .одной частицы в этой области определяются вьфажениями

-ejfV(H) t - И) н - - ЛЙШ±1)1

Н

RD

:где Д - электрическое поле, В/м;

I Н - магнитное поле, Э;

I е - зонд частицы. К;

1I - направление вдоль запаздывающего положения радиуса частицы;

направление вдоль магнитного поля;

относительная скорость частицы о

; Условие синхронизации запаздываю- нщх положений частиц световым сигналом обеспечивает возникновение интер- ференционного максимума поля, ишриной вдоль направления излучения л Rjp , с когерентным сложением электромагнит |ных полей отдельных частиц;

(1+/3)2

Ц- Р

М

Е,

eR

In

Ф7

где Е и И

суммарные электрическое, В/м, и магнитное 5,3, поля в области когерентности;

расстояние ближайшей к этой области частицы, м расстояние между крайни ми на фронте мддуляции частицами, м; число частиц пучка Это значит, что локальный поток излучения в выбранном направлении в № раз превосходит интенсивность синг хротронного излучения одной частицьь

На чертеже приведена схема обеспечения Синхронизации вводом промодули-

Z

1 N -Юt5

20

5

п

рованного пучка заряженных частиц в однородное вдоль оси Z магнитное поЛе. Наклон и фронта модуляции относительно направления движения пучка, угол У ввода пучка в магнитное поле и скорость частиц Aj связьшаются условием, что любая частица пучка достигает оси в тот момент, когда эту точку проходит световой сигнал, испущенный- - в точке 2, тфе

sin ( ) р

sinq I

Число когерентно излучающих час тиц N определяется плотностью частиц в пучке, максимальными поперечными размерами пучка и максимальным допуском на смещение частиц относительно гшоскости модуляции Наиболее жестким является допуск на смешение частиц относительно плоскости м,одуляции, который не должен превьппать предельной длины волны синхротронного излучения - Е- где HO - напряженность магнитного поля на оси Z Допуск на поперечный размер пучка в плоскости орбит определяется соотношением

sin О

где ( - угол раствора конуса когерентного излучения, меньший о Допуск на поперечный размер в направлении, перпендикулярном плоскости орбит, имеет вид

|

d

JL

21Г

VT

a,.min (

1оГ

где IQ - расстояние от точки излучения 3 до детектора, регистрирующего излучение в точке 4 Второй член в этой формуле обусловлен тем, что детектирование излучения производится , на конечном расстоянии от излучателя,. Угол раствора (f конуса когерентного излучения фактически определяется угловым разбросом частиц в пучке О 9 , допуск на величину которого V X /(Rcos6)c

Предлагаемый способ допускает вариацию предельной длины волны излучения изменением напряженности внешнего магнитного поля

В качестве примера осуществления способа рассмотрим возможность получения когерентного сикхротронного излучения в инфракрасной области пре516

дельной длины волны 30 МэВ электронным пучком с разбросом по энергии 1%о Излучение с д.пиной волны 17 мкм генерируется электронами энергии во внешнем магнитном поле, равном 290,67 Sj при этом радиус кривизны орбит R « 3,44 м, угол ввода пучка в

магнитное поле 0 3,7863, угол между плоскостью модулягщи и направлением излучения (| и 91,7673 о Максимальный .-Пустиьяэш размер сгустка относительно плоскости модуляции л/ 17 мкм. Допуск на размер, ортогональный плоскости орбкт, определяется членом -1Д- л.О,48 см (величина-(j/ V55 см) о

Допуск на поперечный размер пучка в плоскости орбит для рассмотренных значений параметров оказьшается

-212

см, что не ограничивает реально

достижимые поперечные размеры пучка Положим этот размер л/ 3 см о В с 99%-ной модуляцией на длине достижима плотность частиц л. 5,0 о Суммарное поле сгустка при этом достигает величины л, 5,1-10 В/см„ Данное поле соответствует локальному потоку вдоль выбранного направления излучения А, 7, 0л Вт/см ,

На чертеже проиллюстрирован способ синхронизации запаздываюпцск положений излучающих частиц со cBei OBbM сигналом, вводом промодулированного пучка заряженных частиц в однородное в одном направлении магнитное поле,, Ось излучения обозначена через Z, область магнитного поля-заштрихована 1 - положение фронта модуляции пучка до ввода в магнитное поле, (я - наклон фронта модуляции относительно направления движения частиц-до ввода в магнитное поле, 0 - угол ввода пучка относительно о(и Z, 2 и 3 - запаз- дьшающие положения излучающих вдоль оси Z крайних на фронте модуляции частиц, 4 - область когерентного излучения, возникающая после проходце- ния частиц оси Z, 5 - положение фронта модуляции пучка после прохояздения магнитного Поля, l. - расстояние между точками 3 и 4, L - расстояние между точками 2 и 3

Предлагаемый способ позв.-шяет получить мощное когерентное синхротронное излучение в заданном направлении с потоком излучения в mipoKOM интервале длин волн от миллиметрового до оптического диапазона

0

5

0

5

5

0

Формул,а изобретения

Способ генерации когерентного син- хротронного излучения, заключающийся в том, что релятивистский пучок заряженных частиц модулируют в одном направлении и вводят в магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью повьшения мощности синхронного излучения в заданном направлении в широком диапазоне длин волн, магнитное поле вдоль оси излучения формируют однородным, при этом скорость частиц V, угол Об между направлением движения пучка заряженных частиц и плоскостью модуляции и угол 9 медду направлением движения пучка заряженных частиь, и осью выходного излучения удовлетворяют соотношению

с. sin(o6- 0) sinoi

где с - скорость света, м/с г а пучок формируют так, чтобы допуск d на поперечный размер пучка в плоскости орбит частиц и допуск а, на поперечный размер пучка в направлении, перпендикулярном этой плоскости, удовлетворяли выражениям , ,.-гм-г sin0

d .У

-7 5

a, min(- (

- U).

где V - лоренц-фактор частиц;

R/|j - предельная длин., волны синхро- тронного излучения, м;

R - радиус траектории частиц в

магнитном поле, м; ( - З гол растгора конуса когерентного излучения, определяемый угловым разбросом частиц;

IQ расстояние меящу точкой излучения и точкой детектирования излучения, Мо

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к использованию пучков заряженных частиц высоких энергий для генерации когерентного синхронного излучения. Целью изобретения является повышение мощности синхротронного излучения в заданном направлении в широком диапазоне длин волн. Сущность способа заключается в том, что вводом плоскомодулированного пучка при определенных условиях в однородное, вдоль заданного направления, магнитное поле достигается условие синхронизма запаздывающих положений излучающих в этом направлении частиц со световым сигналом. Это обеспечивает возникновение локальной движущейся области когерентности, где одинаковые поляризованные поля различных частиц складываются и образуется направленное когерентное синхронное излучение. Способ позволяет получить когерентное синхротронное излучение большой мощности в заданном направлении с потоком излучения в широком интервале длин волн от миллиметрового до оптического диапазона. 1 ил.