Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов

(19) (11) А 2 1)5 Н 05 Н 7/00 О АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ(2 (2 (4 госУДАРст 11 Р)111 ый КОмитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ1 РИ ГКНТ ГССР 61) 15647391) 4458942/212) 12.07.886) 15.08.91. Бюл. )ч. 30(56) Авторское свидетельство СССР М 1564739,кл. Н 05 Н 7/00, 1987,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ(57) Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при генерации потоков поляризованных электронов в резонаторных ускорителях. Цель изобретения повышение электрической прочности резонатора, Пучок 1 поляризованных по спину электрона атомов водорода или щелочных металлов направляют в ВЧ резонатор 2, возбуждаемый модулированным электронным пучком 3. Возбуждающий пучок 3 направляют таким образом, чтобы после возбуждения в резонаторе 2 высокочастотного ускоряющего поля, он попал на рентгеновскую мишень 4, совмещенную с внутренней поверхностью стенки резонатора, Возникающее рентгеновское излучение способствует более интенсивной ионизации пучка 1 поляризованных атомов. Образовавшиеся при этом свободные поляризованные электроны, ускоряясь в электрическом поле в резонаторе, также производят акты ионизации и возбуждения других поляризованных атомов. При этом излучаются фотоны, которые также участвуют в процессе ионизации. Благодаря этому чиСло поляризованных электронов растет, а увеличение числа ионизированных атомов вследствие воздействия рентгеновского излучения, позволяет уменьшить требуемую для автоиониэации напряженности высокочастотного электрического поля, что позволяет повысить электрическую прочность резонатора. 1 ил,Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании источника поляризованных электронов для ускорителей,Цель изобретения - повышение электрической прочности резонатора.На чертеже изображено устройство, реализующее данный способ.Устройство содержит пучок поляризованных атомов 1, возбуждающий резонатор 2 с ТЕ,-волной, электронный пучок 3, рентгеновскую мишень 4, поток 5 рентгеновскм о излучения и пучок б поляризованных электронов.Реализация способа получения импульсных пучков поляризованных электронов осуществляется следующим образом, Пучок 1 поляризованных по спину электрона атомов водорода или щелочного металла напранляки в высокочастотный резонатор 2, в1коором с помощью модулированного пучка 3 элекгронов возбуждают высокочастотное электромагнитное поле большой амплитуды. Возбуждающий электронный пучок 3 направляют таким образом, чтобы после возбуждения резонатора 2 он попадал на рентгеновскую мишень 4, совмещенную с внутренней поверхностью стенки резонатора. При попадании пучка на стенку возникает рентгеновское излучение, часть которого (поток 51 поступает во внутреннюю полость резонатора Под действием этого излучения интенсивно происходит ионизация и возбуждение заполняющего резонатор газа поляризованных атомов. Возникшие при этом свободные поляризованные электроны, ускоряясь в электрическом поле в резонаторе, производят акгы ионизации и возбуждения дру 1 их поляризованных атомов.Электроны в возбужденных атомах при переходе в основное состояние излучают фотоны, которые могут ионизировать другие возбужденные атомы, В результате этих процессов чигло свободных поляризованных электронов лавинообразно возрастает. Образовавшийся пучок б поляризованных электронов выводится из резонатора.Особенностью способа является использование для предварительного возбуждения и ионизации поляризованных атомов рен тен овского излучения, создаваемого возбуждающим электронным пучком при его поглощении во внутренней стенке резонатора. Наличие большого числа возбужденных и ионизированных под действием рентгеновских лучей а гомов приводит к увеличеник коэффициента к в выражении для коэ 4 фициента прозрачности потенциального барьера О О ( Г, Е ) ттин/М где к,т - соответственно энергия, Дж, и частота, Гц, колебаний валентного электро на в атоме, т - требуемая длительность импульса тока пучка поляризованных электронов, с; К - коэффициент размножения электронов за счет ударной ионизации атомов, равный отношению пол ного числа 10 образовавшихся свободных электронов кчислу свободных электронов, вылетающих иэ атома за счет туннельного эффекта за время Ь; к - максимально достижимое отношение числа образовавшихся ионов к 15 первоначальному числу атомов, А следовательно, к уменьшению требуемой для автоионизации напряженности высокочастотного электрического поля. Кроме того, для ионизации возбужденных поддействием рентгено вских лучей атомов требуется значительноменьшая напряженность электрического поля чем для невозбужденных атомов.П р и м е р. Пусть пучок 1 поляризованных атомов водорода с интенсивностью 1017 25 атомов в секунду поступает в резонатор 2,работающий на ТЕ-волне и накапливаются там в течение 10 с, В результате в резонаторе накапливается 10 атомов. Обьем15такого резонатора составляет 50 см, следо 3 30 вательно, плотность атомов в резонатореи - -2 10ат/см .Затем в резонатор направляют возбуждающий пучок 3 электронов, Пусть, например, ток этого пучка составляет 800 А, 35 энергия частиц 100 кэВ, длительность импульса 3 мкс. Получение пучка с такими параметрами является вполне реальным, При поглощении электронного пучка в стенке резонатора образуется тормозное рентге новское излучение, которое при энергииэлектронов 100 кэВ и использовании в качестве материала резонатора меди составляет 0,2 от полной потери энергии электронами. В результате при токе пучка 800 А мощ ность тормозного рентгеновскогоизлучения составляет 2 10 /Вт. На рассто 5янии 3 см мощность излучения составляет 2 10 Вт/см, Учитывая, что основная часть2мощности тормозного излучения заключена 50 в диапазоне энергий от 0 до 20 энергииэлектронов, получим, что вероятность иониээции атома в единицу времени равна 0,3, Следовательно, за время равное длительности импульса возбуждающего электронного 55 пучка 3 мкс, будет ионизировано 10 всех-батомов, т, е образуется 10 свободных по 91ляризованных электронов.Сравнивая это число с числом свободных поляризованных электронов, образую1670825 Формула изобретения Составитель Е.ГромовТехред М.Моргентал Корректор В.Гирняк Редактор Н.Химчук Заказ 2759 Тираж 457 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 щихся за счет автоионизации в способепрототипе (10), можно сделать вывод, что в одних и тех же условиях в предлагаемом способе под действием рентгеновского излучения образуется в 10 раз больше свободных электронов, чем за счет автоионизации, Поэтому в рассмотренном примере вообще не требуется автоионизация и поляризованный пучок электронов может быть получен за счет предварительной ионизации поляризованных атомов рентгеновскими лучами и последующей их ударной ионизации образовавшимися электронами, ускоряемыми в высокочастотном электрическом поле резонатора. Это позволяет существенно уменьшить требуемую напряженность электрического поля, поскольку для автоионизации, например, атомов водорода с первого возбужденного уровня требуется напряженность поля 5 10 В/см, а для6ударной ионизации вполне достаточной является напряженность поля100 кВ/см,При использовании характеристического рентгеновского излучения может быть получено еще большее количество ионизированных атомов.В рассмотренном примере при величине коэффициента размножения электронов 5 к=5 10, получение которого является впол 4не реальным, будет получено 5 10 полязризованных электронов. Полагая, что эффективность вывода поляризованных электронов из резонатора 10 ь получим ток 10 поляризованных электронов 0,4 А в импульсе длительностью 2 мкс,15 Способ получения импульсных пучковполяризованных электронов по авт, св. М 1564739, отличающееся тем,что,с целью повышения электрической прочности резонатора при возбуждении его электрон ным пучком, возбуждающий электронныйпучок по окончании процесса возбуждения направляют на рентгеновскую мишень, совмещенную с внутренней поверхностью резонатора,