Способ генерации когерентного синхротронного излучения

,1956 ГЕРЕНТНОГО ся к ускориости к исполь ных частиц выции когерентения в шит миллимет- =зона. 1 ил. током из аправлении Изобретение относится к ускоритель, ной технике, в частности к испованию пучков заряженных частицкой энергии для генерации когерентного синхротронного излучения.Целью изобретения является повышение мощности синхротронного излученив заданном направлении в широком диапазоне длин волн.х в одноавления льзо- высоусловиположени синхронизма запаздывающи излучающих в этом направл со световым сигналом, чт я ет возникновение локальн ся области когерентности ково поляризованные поля частиц складываются, т.е, ся направленное когерент тронное излучение.ешщ частиц обеспечива й движущей где одинаазличныхгенерируете синхроущность способа заключается в том,водом плоскомодулированного пуч-,чт ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Н ДВТОРСНОМУ СВИДЕ(56) Хопф ф., Купер Т., Мур Дж,Лазер на свободных электронах ски зрения лазерной физики. - В кнГенераторы когерентного излученияна свободных электронах. - М.: Мир1978, с. 7-41.Прохоров А.М, Когере ое излчение электронов в синхротронеласти сантиметровых волн. - Рника и электроника, т.1, вып,1.с. 71.(54) СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относ тельной технике, в час зованию пучков заряжен со энергий для гене ного синхротронного излучения. Целью изобретения является повышение мощности синхротронного излучения в заданном направлении в широком диапазоне длин волн. Сущность способа заключается в том, что вводом плоскомодулираванного пучка при определенных условиях в однородное, вдоль заданного направления, магнитное поле достигается условие синхронизма запаздывающнх положений излучаюцч . в этом направлении частиц со световым сигналом. Это обеспечивает возникновение локаль". ной движущейся области когерентности, где одинаковые поляризованные поля различных частиц складываются и образуется направленное когерентное син- Ж хронное излучение. Способ позволяет получить когерентное синхротронное излучение большой мощности в заданном С роком интервале длин волн о ,рового до оптического диапа ка при определенных усло родное вдоль заданного н магнитное поле достигаетэлек агни е зонднапра ающе ча и зхпО 83.п (по онуса когерентменьший". размер пучка кулярном плосУсловие сищих положенилом обеспечиференционногвдоль направлс когерентнымных полей отд(н,= )н 5Допуск на поперечнынв направлении перпенди кости орбит, имеет вид еЕ иН т Ь эО н стфронте мдд цами, м; частиц пуч локальный п уляции оок ачит, чт в выбра Это з излучения Я раз п хротроннНа че восходи о излуч е при низаци ения си Возможность получения когерентного излучения определяется геометрией же-. сткой части поля синхротронного излучения ультрарелятивистского заряда, пространственно сосредоточенной в протяженной области с поперечным размером в плоскости орбиты К, Размер этой области в вертикальном направленииР , где Р - расстояние, прохо Ол. -1димое световыми сигналами, формирующими эту область и испущенными в конусе с осью вдоль запаздывающего направления, движения излучающей частицы и раствором ( , ) - лоренц-фактор. 15 Электрическое и магнитное поля одной частицы в этой области определяются выражениями ическое поде, м;ное поле, Э 3 2 астицы, К; ление вдоль запаздо положения радиуса ение вдоль магнитного З носительная скорость часцыо хронизации запаздываю- частиц световым сигнает возникновение интер- максимума поля, ширинойния излучения л Б. и сложением электромагнительных частиц; уммарные электричесое, В/м, имагнитноеЭ.оля в области когерености;асстояние ближайшей ктой области частицы, масстояние между крайни ном направлении в интенсивность син-.ния одной частипыедена схема обеспеи вводом промодулированного пучка заряженных частиц воднородное вдоль оси Е магнитное пойе,Наклонфронта модуляции относительно направления движения пучка, угол9 ввода пучка в магнитное поле и скорость частиц п связываются условием, что любая частица пучка достигаетоси в тот момент, когда эту точкупроходит световой сигнал, испущенный .в точке 2, т.е. Число когерентно излучаюцих частиц И определяется плотностью частиц в пучке, максимальными поперечными размерами пучка и максимальным допуском на смещение частиц относительно плоскости модуляции. Наиболее жестким является допуск на смешение частиц относительно плоскости модуляции, который не должен превьппать предельной длины волны синхротронного излучения л= 1,710Н, где Нп - напряженность магнитного поля на оси 2, Допуск на поперечный размер пучка в плоскости орбит определяется соотно- шением де ( - угол раствораного излучения 1(х ( , 1 Д),где 1 п - 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 ( конуса когерентного излучения фактически определяется угловым разбросом частиц в пучке ца допуск на величину которого/(Ксоз 0).Предлагаемый способ допускает вариацию предельной длины волны излучения изменением напряженности внешнего магнитного поля.В качестве примера осуществления способа рассмотрим возможность получения когерентного синхротронного излучения в инфракрасной области пре5 161 дельной длины волны 30 МэВ электронным пучком с разбросом по энергии1%. Излучение с длиной волны 17 мкм генерируется электронами энергии во внешнем магнитном поле, равном 290,б 7 Э, при этом радиус кривизны орбит К и 3,44 м, угол ввода пучка в магнитное поле О3,78 б 3 , угол между плоскостью модуляции и направлением излучения ( й 91,7 б 73 . Максимальный ,.пустимья размер сгустка относительно плоскости модуляции17 мкм. Допуск на размер, ортогональный плоскости орбит, определяется членом :1л,0,48 см (величнна -А55 см).2 1 Допуск на поперечный размер пучка в плоскости орбит для рассмотренных значений параметров оказывается - 212 см, что не ограничивает реально достижимые поперечные размеры пучка. Положим этот размер 3 см. В пучке с 99%-ной модуляцией на длине достижима плотность частиц5,0 1 Осм . Суммарное поле сгустка при этом достигает величины л 5,110 В/см. Данное поле соответствует локальному потоку вдоль выбранного направления излучения д 7,010 Вт/см 2.На чертеже проиллюстрирован способ синхронизации запаздывающих положений излучающих частиц со световым сигналом, вводом промодулированногопучка заряженных частиц в однородное в одном направлении магнитное поле. Ось излучения обозначена через Е, область магнитного поля заштрихована,1 - положение фронта модуляции пучка до ввода в магнитное поле у - наклон фронта модуляции относительно направления движения частиц до ввода в магнитное поле, 9 - угол ввода пучка относительно оси Е, 2 и 3 - запаздывающие положения излучающих вдоль оси Е крайних на фронте модуляции частиц, 4 - область когерентного излучения, возникающая после прохождения частиц оси Е, 5 - положение фронта модуляции пучка после прохождения магнитного поля, 1 О, - расстояние между точками 3 и 4, Ь - расстояние между точками 2 и 3.Прецлагаемый способ позволяет получить мощное когерентное синхротронноеизлучение в заданном направлении с 5потоком излучения в широком интерваледлин волн от миллиметрового до оптического диапазона. с з 3 п(Ф - 6) з.п М30гце с - скорость света, м/с;а пучок Формируют так, чтобы допускЙ на поперечный размер пучка в плоскости орбит частиц и допуск ана поперечный размер пучка в направлении,35 перпендикулярном этой и Оскости,удовлетворяли выражениямд( ,г-амз 1 п 9,40 шп(-х (1 1),де у - лоренц-Фактор частиц;1ф=К/ - предельная длин,. волны синхротронного излучения, м;К - радиус траектории частиц вмагнитном поле, м;- угол раствора конуса когерентного излучения, определяемый угловым разбросом частиц1 - расстояние меяду точкой излуОчения и точкой детектированияизлучения, м. 45 Формула и з о б р е т е н и я 10 Способ генерации когерентного синхротронного излучения, заключающийсяъ том, что релятивистский пучок заряженных частиц модулируют в одном направлении и вводят в магнитное поле, 15 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения мощности синхронного излучения в заданном направлениив широком диапазоне длин волн, магнит"ное поле вдоль оси излучения формируют однородным, при этом скоростьчастиц ч, угол 0(. между направлениемдвижения пучка заряженных частиц иплоскостью модуляции и угол О междунаправлением движения пучка заряженных частиц и осью выходного излученияудовлетворяют соотношению1615896 Составитель Е, ГромовТехред И.Дидык дактор М. Бланар ректор В. Гири аказ и ГКНТ СССР ВН Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг ул. Гагарина, 10 Тираж 661 дарственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РаПодписное тениям и открытия ская наб д, 4/5