Способ получения импульсного пучка поляризованных электронов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 05 Н 7/02 Яв 4 йл7 ййяО ТЕгд ЕТЕНИЯ рович и В,В.З ение источник в на основе эф ния рассеяни атомах, - ПТ . И,о СССР20,09.88. МПУЛ ЬСНОГО 1 Х ЭЛЕКТРО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАН Е ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(56) Войпрант и др. Применполяризованных электронофекта Фано для исследоваэлектронов малых энергий нМ 5, 1978, с. 1 - 121,Авторское свидетельствйг 1566520, кл. Н 05 Н 7/00(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЧКА ПОЛЯРИЗОВАНН НОВ Изобретение относится к методам получения пучков поляризованных частиц и может быть использовано при создании источников поляризованных электронов для ускорителей,Целью изобретения является упрощение способа получения импульсного пучка поляризованных электронов.На фиг. 1 схематично изображено устройство для реализации способа; на фиг. 2 приведена зависимость потенциала ворот Е,Способ получения импульсного пучка поляризованных электронов осуществляют следующим образом.На плоскую поверхность 1 диэлектрика (фиг. 1), расположенную в плоскости ХУ, помещают электроны, что можно сделать, например, электризацией трением либо с помощью вспомогательной электронной пушки 2, из которой на поверхность диэлектрика направляют пучок 3 электронов низ(57) Изобретение относится к технике генерации ионизирующих излучений. Цель изобретения - упрощение способа получения импульсных пучков поляризованных элек- тронов. Изобретение предусматривает воздействие на электроны, накопленные на поверхности диэлектрика, ориентированными перпендикулярно поверхности электрическим и магнитным полями. Величину индуктивности магнитного поля выбирают такой, чтобы энергия теплового движения спинов накопленных электронов была меньше разности энергий спинов, ориентированных. вдоль и навстречу масштабному .полю. Приводятся выражения для расчета напряженности электрического и магнитного полей, 2 з.п. ф-лы, 2 ил. кой энергии. В области локализации элект- ф ронов создают ма нитное поле (В на фиг, 1), перпендикулярное поверхности диэлектрика, При наличии магнитного поля возможны два состояния поляризации электрона: со спиновым магнитным элементом, направленным вдоль магнитного поля, и с 11 ротивоположно направленным спиновым магнитным моментом. П.рвое состояние является энергетически более выгодным, и при выборе величины магнитного поля, при которой разность энергий этих состояний больше энергии теплового движения спинов электронов, практически все электроны перейдут в это состояние через время, равное времени релаксации спинов в магнитном поле, т.е. степень поляризации наклонных электронов будет близка к 100. Создавая после этого электрическое поле ф на фиг. 1), перпендикулярное поверхности диэлектрика, можно снять эти электроны с=1,2,3, );г, - классиЛс - комптоео - энергие -4 Ге+ гстоянная диэлПри этом и ческиновся пок радиус электрона, м;я длина волны, м;я электрона, Дж;- диэлектрическая ио,Е ктрика.отенциал изо ения имеет вид УефПри наличиимального к иове2О = - 2 - ЕоЕ,лектричес когорхности диэлек оля Еика,где Ео - ля, В/мЗав нафиг,2 (сплошн При нал ность ба екак и(г ук- ГК 2 показана ) и наличии кого поля. ля прозрачс энергией или дли=1Р 1ехр 12) поверхности диэлектрика и сформировать из них пучок поляризованных электронов, Практически это сделать легко, так как магнитное поле, перпендикулярное поверхности диэлектрика, направлено вдоль траектории этого пучка, Частота повторения импульсов тока пучка определяется временем релаксации спинов, которое в рассматриваемых условиях не превышает 10-3Величина электрического поля, требуемая для получения пучка поляризованных электронов заданной интенсивности, определяется следующим образом,Энергетические уровни электрона на поверхности диэлектрика описываются следующим соотношением:2 л Ео ( ге )2 2 2 (1)ное квантовое число (п = напряженность электрического поисимость потенциала от при отсутствии (пунктир ая кривая) электричес ичии электрического по рьера 0 для электрона эвестно, равна где и- постоянная планка, Дж с; с - скорость света, м/с; величины 21 и 22 показаны на Фиг. 2, Подставляя потенциал(3) в(4) и провоинтегрирование, получим Зе г. к 2 е е гг(г+ гг4г )-гггк(Я-г 1 ф где К, Е - полные эллиптические интегралысоответственно первого и второго рода,Пользуясь соотношениеме р (21) = е р (22) = ел (6)5 и формулами (1) и (3), определим 21 и 22.Подставляя их значения в (5), получим ек -(Я),(8)Вероятность прохождения частицы чеез барьер за время определяется, как изестно, следующим соотношениемр:р г,(9) де 1 - частота колебаний, с, электрона к отенциальной яме (3), которая, как легко оказать, для частицы с энергией ел равна4 к 222зации пучкарассматрио основным трона с нак направлероятность и поля равна лим степень поляри нных электронов в примере. Согласн спиноров для элек м спина под углом 0 нитного поля ве спин в направлени Опредеполяризоваваемомсвойствамправлениению магобнар жит- кТ12 зност правленииполяриза В. П нерг слов магнитном поле - 2 рнаиболее выгодноение произойдет при2,и В1/2 КТ тому переход вически состоянии по ции ил 9 .= сов(17) о 4 (16) 3,7 Тл, онов на поверремя, равное иное, можно оликристал еделим сте, усре Если на поверхности диэлектрика было накоплено й электронов, то число электронов в пучке 4 (фиг, 1), очевидно, равно Р 1 М, т.е. импульсный ток этого пучкаР 1 Ие(13)тСледовательно, для получения импульсного тока пучка поляризованных электронов, равного, должно выполняться условие4 л Е сй ге з10с)Рассмотрим пример практической реализации предлагаемого способа.Пусть на поверхность оргстекла с е = =2,2 площадью 10 м (1 на фиг, 1) из электронной пушки 2 направляют электронный пучок 3 с током 0,2 мА и энергией электронов, например, 100 эВ, За время 10 с на поверхности диэлектрика накопится заряд 2 10 Кл, т.е, М 1,2 10 электронов, К диэлектрику прикладывают магнитное поле, перпендикулярное его поверхности. При этом энергетические уровни электронов расщепляются. Энергетически более выгодным является состояние, в котором спиновый магнитный момент электрона параллелен внешнему магнитному полю. 40 Поэтому все электроны чрез время, равное времени релаксации спинов, перейдут в это состояние при условии, что энергия теплового движения меньше разности энергий указанных энергетических уровней. Энергия теплового движения, приходящаяся на одну степень свободы, равна, как известно ергий спина электрона в Например, при Т=-10 К, ВПосле накопления электхности диэлектрика черезвремени релаксации их включить электрическое поле для их "отрыва" от поверхности. Пользуясь формулами (14) и(8), найдем требуемую для этого величину электрического поля. При рассмотренных выше условиях ( 2,2, М = 1,2 10 расчет показывает, что для получения импульсного тока пучка поляризационных электронов, например, 0,5 А требуется электрическое поле Е = 9,2 10 В/м. Получить6электрическое поле такой напряженности не составляет труда.В случае накопления электронов на поверхности ферродиэлектрика с кубической кристаллической решеткой величину индукции магнитного поля, перпендикулярного поверхности ферродиэлектрика, выбирают равной индукции его насыщения, Для реальных ферродиэлектриков эти величины составляют обычно 0,15-0,45 Тл. Пусть на поверхности ферродиэлектрика, как и в предыдущем примере, накоплено с помощью электронной пушки (1 на фиг. 1) й = =1,2 10 электронов за 10 с. Через время, равное времени релаксации спинов накопленных электронов, каждый из них будет ориентирован в направлении намагничивания ближайшего к нему кристаллита поли- кристалла. Этот процесс будет происходить при комнатной температуре и относительно небольших полях(0,15 - 0,45 Тл, как указано выше), так как взаимодействие в случае ферродиэлектрика имеет вследствие обмен ного взаимодействия коллективный характер. Расчет по формулам (14) и (8) показывает, что в данном случае для реальных параметров феррита электрическое поле, требуемое для получения импульсного тока пучка 0,5 А, имеет величину порядка сотен киловольт на сантиметр Следовательно, степе0го электрона в направл Считая, что кристаллиты в и ле расположены хаотически, оп пень поляризации электрона выражение (17)(18) 10 1. Способ получения импульсного пучка поляризованных электре нов, заключающийся в накоплении электронов на поверхности диэлектрика и воздействии на них 55 магнитным и перпендикулярным. к диэлектрической поверхности электрическим полем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюгде бй- элемент телесного угла;бй - максимальный угол между направлением спина электрона и направлениеммагнитного поля, т.е. максимальный уголмежду осью легкого намагничивания кристаллита поликристалла и направлениемвнешнего магнитного поля.Поскольку в к ическом кристалле имеются три оси легкого намагничивания, токаждый из кристаллитов будет намагничен 20вдоль той из них, ко-орая отстоит от направления магнитного поля на наименьший угол,Легко видеть поэтому, что тц Оп = /2Оп=54 40, соз - -0,79, .25Таким образом, в рассмотренномпоимере путем накопления электронов наповерхности поликристаллического ферродиэлектрика с кубической решеткой можнополучить пучок электронов с импульснымтоком 0,5 А и степенью поляризации около800,Более высокую степень поляризацииможчо получить путем накопления электронов на поверхности монокристаллического 35ферродиэлектрика. В этом случае, направляя магнитное и электрическое пол 1 вдольоси легкого намагничивания монокристалла, получим пучок электронов со степеньюполяризации 00 (и с той же интенсивностью 0,5 А), так как все электроны на поверхности диэлектрика по истечении временирелаксации свинов будут поляризованы внаправлении оси легкого намагничивания.На основе данного способа может быть 45получен пучок электронов со степенью поляризацииф 100 ор, импульсным током пучка0,5 А, частотой следования импульсов100 Гц.Формула изобретения 50упрощения способа, магнитное поле ориентируют также перпендикулярно к поверхности диэлектрика, а величину его индукции выбирают такой, чтобы энергия теплового движения спинов накопленных электронов была меньше разности энергии спинов, ориентированных вдоль магнитного поля и в противоположном направлении, при этом электрическое поле возбуждают через время, превышающее время релаксации спинов электронов в магнитном поле, а величину напряженности Ео, В/м, выбирают из условия 4 иее Е С р ге 3ге Й екр (- - З -16 1/2 х Е( -К(-1 где Е = + , е - диэлектрическая по 4 е+1 стоянная диэлектрика; С - скорость света, м/с; ге - классический радиус электрона, М; Й - комптоновская длина волны, м; М - число электронов;ЛД Еа Е ге 4 - р -) , эя- энергия покояге о электрона, Дж;К, Е - полнце эллиптические интегралы соответственно первого и второго рода;1 - требуемый импульсный ток поляризованных электронов, А; з - заряд электрона, Кл, 2, Способ по и. 1, о тли ч а ю щи йс я тем, что индукцию магнитного поля В, Тл, выбирают из условия В- , КТ 4,игде к - постоянная Больцмана, Дж/К; Т - температура диэлектрика, К; ,ы - магнитон Бора, Дж/Тл, 3, Споссб по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что накопление электронов осуществляют на поверхности ферродиэлектрика, а величину магнитного поля выбирают из условия намагничивания феррсдиэлектрика до насыщения.Составитель Е; ГромовТехред М,Моргентал Корректор И, Муск Тираж Подписное дарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5