Новые аспекты применения монокристаллов для формирования и диагностики пучков частиц на современных ускорителях

• Автор: Докумова, Любовь Шамсудиновна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Черкесск
• Количество страниц: 109 с. : ил

Оглавление

Введение

Глава 1. Основные положения теории взаимодействия

заряженных частиц с монокристаллами.

1.1. Каналирование в прямом кристалле.

1.2. Каналирование в изогнутом кристалле.

1.3. Деканалирование в кристаллах.

1.4. Объемный захват в кристаллах.

1.5. Излучение частиц в кристаллах.

Глава 2. Пространственно-угловые характеристики

пучка. Способы определения.
2.1. Традиционный метод измерения эмипанса
пучка.
2.2. Измерение эмитганса протонного пучка с
помощью изогнутого монокристалла.
2.3. Измерение основных пространственно-угловых характеристик пучка с помощью изогнутого
кристалла.
Глава 3. Диагностика протонного пучка с помощью
кристалла-детектора
3.1.Ионизационные потери заряженных частиц.
3.2. Экспериментальная установка.
3.3. Основные этапы обработки экспериментального материала.
3.4.Результаты обработки экспериментального материала.
Глава 4. Перспективы использования монокристаллов для формирования у-пучков и в системах диагностики пучков.
4.1 .Расчет ПРИ протонов в монокристалле кремния.
4.2. Компьютерное моделирование ПРИ протонов в кристаллическом радиаторе.
4.3. Формирование у-пучка и диагностика
протонного пучка.
4.4. Кристаллический позитронный источник.
Заключение
Список использованной литературы
Приложения
Введение
Функционирование современного ускорителя заряженных частиц невозможно без оперативного измерения и анализа его входных, выходных и технологических параметров.
Ускоритель, рассматриваемый как объект управления, можно охарактеризовать, в первую очередь, такими выходными параметрами, как параметры ускоренного пучка, которые необходимо поддерживать в процессе ускорения. К основным выходным параметрам следует отнести энергию и интенсивность пучка, энергетический разброс, поперечный эмитганс и положение пучка. Все выходные параметры фактически характеризуют распределение пучка в шестимерном фазовом пространстве, включая временные характеристики пучка. Часто оказывается недостаточным установить определенную совокупность управляемых параметров, чтобы сохранять во времени заданный набор выходных параметров. Это связано с их дрейфом из-за случайных во времени процессов. Иногда возникает задача оптимизации режима работы ускорителя в целом, т.е. не только получения заданной совокупности выходных параметров вообще, но достижения этого при некоторых обеспечивающих определенную выгоду значениях управляющих параметров. Таким образом, можно выделить три существенные задачи, которые можно решать отдельно или совместно, в зависимости от необходимости: контроль (измерение) параметров, управление параметрами и оптимизация параметров.
Полный набор выходных и управляемых параметров в таких случаях может быть очень велик. Поэтому первой существенной чертой системы управления ускорителем является наличие большого числа сигналов, несущих информацию и поступающих от первичных преобразователей основных систем, вспомогательного оборудования, сигналов управления и оптимизации. При этом сами первичные преобразователи используют различные физические
принципы получения информации о состоянии измеряемой величины. Очень важно выделить сигналы, характеризующие изменения главных управляемых параметров, наиболее сильно влияющих на процесс ускорения.
Эту задачу выполняют сложные диагностические комплексы, включающие в себя широкий спектр аппаратных и вычислительных средств. Особенно важно получать полную информацию о пространственно - угловых характеристиках пучка (поперечный эмиттанс, профили, гало, разброс по импульсам) на всех стадиях его формирования. Традиционные методы измерения пространственно-угловых характеристик пучка предусматривают несколько этапов, занимают много времени и отличаются высокой трудоемкостью, к тому же, большинство существующих методик совершенно не пригодно для пучков высокой энергии.
Очевидно, что поиск новых методов диагностики пучка, лишенных этих недостатков, является актуальной и необходимой реальностью.
Данная диссертационная работа ставила целью исследование возможности применения монокристаллов для формирования специальных пучков и измерения пространственно-угловых характеристик протонных пучков высокой энергии. Толчком для развития этого направления послужил тот факт, что в последнее время вновь активизировалось изучение и практическое применение эффектов, связанных с взаимодействием заряженных частиц с ориентированными кристаллами(см., например, [ 1 ]).
В силу упорядоченности кристаллической структуры, частицы, движущиеся в монокристалле, испытывают ряд последовательных малоугловых рассеяний на атомах кристаллической решетки. Если угол падения частицы на кристалл мал относительно направления кристаллографической оси или плоскости, возникает особый режим движения - каналирование. Каналированная частица удерживается на достаточно большом расстоянии от атомных цепочек и плоскостей и в первом приближении имеет стабильную

При равномерном движении заряда в периодически неоднородной среде также возникает излучение , во многом сходное с излучением Вавилова-Черенкова. Было показало [77], что в отличие от однородной среды фотоны испускаются даже тогда, когда скорость (3 частицы не превышает фазовую скорость света в среде, т.е ре{а)]'2 <1. Кроме того, излучение возникает сразу под несколькими углами.
Проблема излучения ультрарелятивистской заряженной частицей, движущейся через кристалл, который представляет собой трехмерную периодическую среду, рассматривалась в работах [18-28]. Было показано, что в брэгговских направлениях относительно направления пучка заряженных частиц должно испускаться квазимонохроматическое рентгеновское излучение, частота которого определяется типом и ориентацией кристалла относительно скорости заряда:
0)е=лспЫр5тв, (1-39) где п=1,2,... -порядок дифракции, ёр-межплоскостное расстояние, й-угол между импульсом частицы и кристаллографической плоскостью. Помимо “центрального пятна” излучения, представляющего собой рентгеновское переходное излучение (РПИ), возникающее на границах кристалла, имеют место также и “боковые пятна” квазичерековского излучения, распространяющегося под большими углами в»у~'. В случае толстого кристалла как в боковых пятнах, так и в центральном пятне в спектре излучения появляются узкие максимумы:
4© / © » у4. Если толщина кристалла удовлетворяет неравенству [22]: 1(©/с)|/,гоо|>1, (1.40)
го кристалл можно считать толстым. Здесь Е-толщина кристалла, #»о-фурье-компонента тензора диэлектрической проницаемости кристалла. Физически природа параметрического (квазичеренковского) излучения связана с