Развитие теории электродинамических процессов при движении заряженных частиц во внешних электромагнитных полях

• Автор: Тлячев, Вячеслав Бесланович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 283 с. : ил.

Введение
Актуальность темы.
Радиационные процессы при движении заряженных частиц в электромагнитных полях, равно как и явления связанные с ними, постоянно находятся в центре внимания исследователей, как теоретиков так и экспериментаторов. Это обусловлено не только чисто академическим интересом, но и потребностями практики.
Среди всех видов таких процессов особое место, вследствие сочетания фундаментальности свойств и важности научно-технических приложений. занимает синхротронное излучение (СИ), открытое в середине прошлого века, а также "генетически" связанные с ним ондуляторное излучение. возникающее при движении по периодической траектории, излучение в поле электромагнитной волны, излучение с дуги окружности в коротком магните.
Синхротронное излучение как самостоятельный объект изучения, благодаря своим уникальным свойствам, возникло в процессе разработки магаин для ускорения заряженных частиц и рассматривалось первоначально в качестве паразитного явления, устанавливающего верхний предел ускорению пучков заряженных частиц. Несмотря на дороговизну таких машин, за последние 10 лет в работу введены более 20 (всего синхротронов и накопительных колец работает в мире около 50). При этом основное их предназначение не для ускорения заряженных частиц, а исключительно для получения СИ и его последующего использования. Число индивидуальных пользователей, имеющих доступ к СИ, в мире уже превысило 20000.
Поэтому любые продвижения на пути обнаружения новых свойств и приложений СИ весьма важны, а исследования свойств СИ несомненно находятся среди актуальных задач физической науки.
Важной особенностью исследований по теории движения и излучения в полях синхротронного типа является то, что они относятся к классу

немногочисленных, так называемых точно-решаемых моделей в теоретической физике. Для них удается получить не только точные решения уравнений движения, но и в аналитически-замкнутом виде выражения основных характеристик излучения.
Существенный вклад в построение и развитие теории СИ внесли российские ученые J1.A. Арцимович. В.Г. Багров. В.Л. Гинзбург. Д.Д. Иваненко, И.Я. Померанчук. A.A. Соколов. И.М. Тернов и др.
В настоящее время теория излучений синхротронного типа представляется вполне завершенной и. тем не менее, в данной области имеются определенные проблемы. В частности, все основные выражения, описывающие излучение, анализировались для предельных скоростей частиц -нерелятивистской и ультрарелятивистской, в результате поведение угловых и спектральных характеристик СИ оказалось не изученным в широком диапазоне энергий. Более того, при рассмотрении влияния сингулярностей электромагнитного поля (эффекта Ааронова-Бома) на характеристики СИ были обнаружены новые свойства угловых распределений отдельных спектральных компонент СИ, что вызвало более глубокое исследование свойств СИ.
Важной стороной физики радиационных процессов является изучение и анализ явлений которые их сопровождают и которые могут представлять отдельный самостоятельный интерес. Так в СИ - это эффекты квантовой раскачки и радиационной самополяризации релятивистских электронов.
В связи с тем, что излучение электрона в поле электромагнитной волны носит синхротронный характер, то было бы логичным ожидать поляризационных эффектов и в этом случае. Такое исследование было проведено в работе В.Г. Багрова и В.Р. Халилова1, где был сделан пессимистический вывод об отсутствии преимущественной ориентации спинов на
'Багров В.Г.. Халилов В. Р. Излучение заряда, движущегося в поле плоской волны и магнитном поле // Изв. Вузов. Физика. - 1968. - No 2. - С. 37-41.

направление распространения волны. Поэтому потребовалось новое исследование. связанное с правильным выбором спинового оператора.
Получение релятивистских частиц с преимущественной ориентацией спина важно при проведении экспериментов в физике высоких энергий, в исследованиях в области физики твердого тела.
Несмотря па то, что радиационная самополяризация релятивистских электронов частью решает проблему получения релятивистских пучков поляризованных по спину частиц, тем не менее, дальнейший прогресс в физике поляризованных электронов в первую очередь зависит от новых методов их получения и изучения механизмов их поляризации. К таким методам относится и ионизация атома фотонами круговой поляризации, открытая в середине прошлого века, но не получившая должного изучения. В частности, остались не исследованными влияние начального и конечного спиновых состояний на сечение фотоэффекта и угловое распределение релятивистских фотоэлектронов.
Одной из важнейших проблем современной математической физики является проблема получения точных решений, их анализ и возможности применения при построении различных теорий и моделей.
Количество точно решаемых моделей в квантовой теории не так уж многочисленно2. Более того, даже если точное решение найдено, это еще не означает, что на его основе точно может быть решена какая-либо физическая задача. Важность точного решения несомненна в силу более широкого анализа, уменьшения числа параметров и т.д. Поэтому получение новых точно-решаемых моделей в теоретической физике представляется весьма актуальным.
Особенно актуально получение точных решений в (3+1) и (2+1) размерности моделей КЭД, что связано с дальнейшим прогрессом в теории
2Bagrov V.G.. Gitman D.M. Exact Solutions of Relativistic Wave Equations. Dordrecht/Boston/London: Kluver Academic Publishers. 1990. - 323 p. См. также: Багров В.Г. Точные решения релятивистских волновых уравнений/ Багров В.Г.. Гитман Д.М.. Тернов И.М., Халилов В.Р.. Шаповалов В.Н. - Новосибирск: Наука. 1982. - 143 с.

Рис. 1.1. 9: Зависимость эффективного Рис. 1.1. 10: Зависимость угла отклоне-
угла от Р для компонент поляризации пия от р для компонент поляризации
и рассматривать эти уравнения как систему для определения а? (До) и Дд Таким образом, угол отклонения отличен от нуля только при /3 < Д0. Численные расчеты дают значение /30 = 0.2952 (уо = 1,0466). При Д > Д0 угол отклонения равен нулю и эффективный угол До(/3) определяется только одним уравнением (1.1.50)
JVo(/3, ж) = 8, sin Дд(/3) = 2ж (1.1.52)
График эффективного угла До(/3) приведен на рис. 1.1.9. угла отклонения оц(Д) на рис. 1.1.10. При 7> 1 имеет место асимптотическая формула
Д0«ао/7, ао = 2л(1) га 0,8414 (48.21°). (1.1.53)
Наконец, для круговой поляризации система (1.1.12). (1.1.40) также может быть решена только численно. Результаты этого расчета представлены на рис. 1.1.9 и рис. 1.1.10. В частности, при у 1 имеем асимптотики
Дх га ац/y, <*х(/3) га 5х/у; ах га 0,6765 (38, 76°), Д га 0,2891 (16, 56°).
Функция ДхС/3) имеет максимум Д™ га 0,6829 (га 39,13°). который достигается при Д га 0,1662 (у га 1, 0141).
Таким образом, в полном соответствии с известными качественными