Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow ДИФРАКЦИОННЫЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Синхротронное излучение

.

Поскольку длина дуги формирования излучения при этом равна / = /?8у = Лу"1, для критической частоты получим сокр « Асо = су3//? = со0у3Таким образом, эффект Доплера приводит к тому, что максимум мощности излучения приходится не на частоту обращения электрона по орбите щ0, а смещен в область более высоких частот, пропорциональных у3. Критическая длина волны излучения

С учетом того, что Хтах = 0Л2ХС, оценка для длины волны максимума излучения Хтах = 2.54Л/?3, где Я - в метрах, а Е - в гигаэлектронвольтах.

Спектральные диапазоны электромагнитного излучения, получаемого в источнике СИ

Рис. 9.6. Спектральные диапазоны электромагнитного излучения, получаемого в источнике СИ.

Следовательно, варьируя энергию электрона, можно управлять спектральным распределением пучка и перекрыть всю шкалу электромагнитных волн от инфракрасного и радиодиапазона до рентгеновской области. В этом огромное преимущество СИ по сравнению с другими источниками электромагнитного излучения.

Таким образом, качественно мы установили следующие закономерности излучения быстро движущегося электрона [2, 3]:

  • 1) излучение сосредоточено в узком телесном угле;
  • 2) излучение квазинепрерывно, т.е. состоит из большого числа гармоник кратных циклической частоте;
  • 3) максимум излучения сдвинут в области малых длин волн тем более, чем выше энергия электрона.

При практическом применении теории СИ большое значение придается его поляризационным свойствам.

Направления векторов поляризации синхротронного излучения

Рис. 9.7. Направления векторов поляризации синхротронного излучения.

С целью описания линейной поляризации излучения введем два взаимно перпендикулярных единичных вектора еа и ея, ортогональных волновому вектору ко: еп = [к0хЛ/|[к0х]]|, е„ = [к0хео], где j = Н/Я-вектор, параллельный направлению внешнего поля. Компоненты о и я линейной поляризации характеризуются направлением вектора электрического поля излучения (рис. 9.46): Е„ лежит в плоскости орбиты и направлен по радиусу к центру, вектор Ея направлен почти по внешнему магнитному полю, т.к. в релятивистском случае ко почти перпендикулярен Н. Для описания круговой поляризации введем векторы е+ = 2'|/2ст ± е„).

Не будем рассматривать здесь выражения, описывающие поляризационные зависимости излучения, а остановимся только на важных результатах.

В плоскости орбиты вращения электрона излучение полностью линейно поляризовано и его л-компонента обращается в нуль. При 0 < 9 < л/2 (над плоскостью орбиты) излучение обладает правой эллиптической поляризацией, при л/2 < 0 < л - левой. Таким образом, в ультрарелятивистс- ком случае движения электрона СИ обладает сильно выраженной линейной поляризацией, причем вектор электрического поля направлен преимущественно по радиусу вращения.

Сравнение теоретических данных (сплошные линии) с экспериментальными (точки) интенсивности а- и л- компоненты линейной поляризации СИ [3]

Рис. 9.8. Сравнение теоретических данных (сплошные линии) с экспериментальными (точки) интенсивности а- и л- компоненты линейной поляризации СИ [3].

Экспериментально эти результаты были подтверждены О.Ф.Куликовым на синхротроне ФИАН для энергии электронов 250 МэВ. Сравнение экспериментальных данных, полученных в этих работах, с теорией представлено на рис. 9.8, где показаны теоретические кривые для углового распределения излучения электронов и экспериментальные данные, полученные в результате суммирования излучения электронов за все время цикла ускорения. Эксперимент показал, что непосредственно в плоскости орбиты излучение почти полностью линейно поляризовано (эксперимент показал, что провал в угловом распределении компоненты все же не до нуля). Вырезая излучение в плоскости орбиты, можно получить линейную поляризацию, достигающую 98%. Усредненная по всем углам и длинам волн степень линейной поляризации достигает 75%.

Одним из основных параметров, по которым сравниваются источники СИ, является спектральная яркость излучения, которая определяется как число фотонов, излучаемых в единицу телесного угла (мрад2) с единицы площади (мм2) в спектральный интервал 1 эВ, т.е.

где <18 = Д^Д,, х, Ау - эффективные горизонтальный и вертикальный размеры пучка), - спектральный поток фотонов, <Ю. - телесный угол, который включает угловую расходимость пучка СИ по горизонтали и вертикали Д0г, ДАЛ. - относительный интервал энергий.

Спектральный поток фотонов на данной длине волны в относительный интервал длин волн ДА/А определяется соотношением:

У).(фотон/сек-мрад) = 2.46-1016-/(А)ДГэВ)ДА/Ас)ДА/А,

где / - ток пучка, Е - энергия электронов, а ДА/Ас) - функция спектрального распределения мощности излучения, изображенная на рис. 9.9 (аналитическое выражение этой функции можно найти, например, в [2, 3]). При увеличении энергии электрона распределение сдвигается в область более коротких длин волн.

Ток пучка / является одним из важных параметров синхротрона. Ток связан с числом электронов на орбите N и Циклической частотой ш0 соотношением /(А) = 1.6-10'1 то0(Гц).

Рис. 9.9. Универсальная функция спектрального распределения мощности излучения, у = ХЛс [3].

Стабильность электронного (или позитронного) пучка в накопительном кольце характеризуется временем жизни пучка, за которое электронный ток уменьшается в -2.7 раз (т.е. 1т уменьшается на единицу). Время жизни пучка в первую очередь зависит от глубины вакуума в канале и может составлять от единиц до нескольких десятков часов; время жизни пучка определяет частоту перенакопления электронов в канале кольца для поддержания СИ достаточной интенсивности.

Оценим спектральную яркость, которую имеет синхротрон третьего поколения, обладающий спектральным потоком ~ К)'8 фотонов в секунду в относительный спектральный интервал 0.1% и сравним ее со спектральной яркостью рентгеновской трубки [4].

При характерном размере пучка 0.2 мм на 1 мм величина спектральной яркости составит Вх ~ 1019фот/мм2мрад2.

Рентгеновская трубка. Средняя мощность, потребляемая рентгеновской трубкой, составляет около 50 КВт (для тока 1А и напряжения 50кВ). Из этой потребляемой мощности примерно один процент преобразуется в мощность рентгеновского излучения, 0.1 которой составляет характеристическое излучение. Таким образом, мощность Р характеристического излучения рентгеновской трубки равна приблизительно 50 Вт. Будем считать, что излучение имеет длину X « 1 А, которой соответствует энергия hco = 12.4 КэВ. Ширина характеристической линии 8Х ~ 0.1Х. Таким образом, число излучаемых фотонов в одну секунду равно N = Р/Е « 2.5Т016. Также будем считать, излучение происходит с площади 50 щп на 50 рт, а его угловая расходимость составляет 20° в горизонтальном и вертикальном направлениях. Тогда, для яркости рентгеновской трубки в относительный спектральный интервал 0.1 получим значение В, ~ 2Т0пфот/мм2 мрад2, что значительно уступает источнику СИ.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>