Исследование динамики электронных пучков и излучения в системах с ондуляторами

• Автор: Серов, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 c. : ил

ГЛАВА I. ДИНАМИКА ЧАСТИЦ В ЛАЗЕРАХ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ

И В ОНДУЛЯТОРНЫХ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРИТЕЛЯХ.

§ I. Динамика частиц в поляк спирального ондулятора и электромагнитной циркулярно-поляризованной
ВОЛНЫ

§2. Ондуляторный линейный ускоритель протонов.

§ 3. Ондуляторный группирователь пучков заряженных

частиц

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ - НОЛЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

ВОЛНЫ И ОНДУЛЯТОРА НА^РАВОТУ ЛАЗЕРА НА СВОБОДНЫХ

ЭЛЕКТРОНАХ
§ I. Влияние неоднородности полей электромагнитной волны и ондулятора на движение частиц в лазерах
на свободных электронах
§ 2. Усиление в лазере на свободных электронах при неоднородных полях электромагнитной волны и
ондулятора
§ 3. Взаимодействие электронов с полем волны в лазерах на свободных электронах при предварительной модуляции пучка по поперечным скоростям и координатам
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЧАСТИЦ В МИКРОТРОНЕ
§ I. Возбуждение высших гармоник ускоряющего поля и их влияние на фазовое и вертикальное движение электронов
§ 2. Численный расчет динамики частиц в микротроне с
учетом влияния третьей гармоники ускоряющего поля

§ 3. Экспериментальное исследование характеристик
выведенного пучка микротрона
ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
§ I. Нахождение пространственного распределения внешнего магнитного поля по заданному спектру излучения
частиц
§ 2. Формирование излучения с прямоугольной формой
спектра
§ 3. Формирование излучения с интенсивностью на данной длине волны не зависящей от энергии излучающих частиц
ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ СИЛЬНОТОЧНЫХ ПУЧКОВ С МАЛЫМ ПЕРИОДОМ
МОДУЛЯЦИИ ПЛОТНОСТИ. УДАРНЫЙ МЕТОД УСКОРЕНИЯ
§ I. Основы теории ударного метода ускорения
§ 2. Возможные схемы ударного ускорения
§ 3. Экспериментальное исследование линейного ускорителя
на основе двухпроводной линии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Современный уровень научных исследований в различных областях физики и смежных наук в значительной степени определяется успехами в создании эффективных источников электромагнитного излучения. Новые задачи предъявляют все более высокие требования к характеристикам источников: энергии фотонов, монохроматичности, степени поляризации, интенсивности и когерентности излучения. В связи с этим понятен тот исключительный интерес, который в последнее время проявляется к источникам индуцированного ондуляторного излучения, называемым лазерами на свободных электронах ЛСЭ / 1-3 /. Такой интерес определяется в первую очередь тем, что лазеры на свободных электронах открывают перспективы получения мощного когерентного излучения с плавно перестраиваемой частотой в широком диапазоне длин волн от микроволнового до ультрафиолетового и мягкого рентгеновского диапазонов. Перспективными будут системы с циркулирующим пучком, в которых электроны отдают часть своей энергии на излучение при прохождении через ЛСЭ и восполняют эти потери при движении на других участках замкнутой траектории / 1,27 /.
ЛСЭ представляют собой не просто альтернативу обычным лазерам, но благодаря сочетанию таких важных свойств как большая мощность, перестраиваемость, широкий диапазон рабочих частот и ряду других, создают основу для существенного расширения, а в ряде случаев и появления новых областей использования излучения как в науке, так и в технике. Исследования показывают, что в ЛСЭ принципиально возможно преобразование энергии электронов в энергию излучения с эффективностью, превосходящей эффективность традиционных лазеров. Это открывает новые возможности применения ЛСЭ при решении прикладных задач, таких как передача энергии на большие расстояния, ~

ческий характер.
В первых экспериментах, выполненных с ЛСЭ / 5 /, неоднородность поля волны приводит к незначительным изменениям в динамике частиц. Так относительное изменение частоты поперечных колебаний в процессе нарастания поля волны составляет всего =5.КГ3,
а величина коэффициента усиления при учете неоднородности поля волны уменьшается на Ь%. Однако следует учесть, что эти эксперименты носили скорее принципиальный характер и служили в основном подтверждением возможности создания ЛСЭ. Поэтому полученные в них мощности еще достаточно далеки от тех значений, которые расчитывают получить на таких установках. Повышение мощности излучения в этой установке приведет к увеличению влияния неоднородности поля волны на динамику частиц. Кроме того, при создании источников, генерирующих более длинноволновое излучение и использующих электронные пучки с меньшей энергией, неоднородность электромагнитной волны будет заметно влиять на динамику частиц при меньших напряженностях. На рис.II показаны поперечные колебания частиц при различных значениях напряженности поля волны Е& и ширины электромагнитного луча Ч' , подученные путем численного интегрирования системы (2-6). Видно, что по мере уменьшения V/ , увеличивается амплитуда колебаний, а затем поперечное движение становится апериодическим. То же самое происходит и при увеличении напряженности поля волны Е е . Из рисунка следует, что при данных параметрах ондулятора и пучка, существует некоторая предельная напряженность поля волны, при превышении которой, пучок, проходя через лазер, разрушается.
Оценим влияние неоднородности поля волны на требования к рабочим параметрам пучка. Коэффициент усиления ЛСЭ & - (.ь^/юУ*, где &и)/оо - полная ширина спектральной линии спонтанного из луче-