Когерентное излучение релятивистских электронов в монокристаллах большой толщины

• Автор: Внуков, Игорь Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 253 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 КОГЕРЕНТНОЕ ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В МОНОКРИСТАЛЛАХ БОЛЬШОЙ ТОЛЩИНЫ

1.1 Расчет КТИ в монокристаллах большой толщины

1.1.1 Угловое распределение КТИ

1.1.2 Эффективное угловое распределение электронного пучка в мишени

1.1.3 Расчёт влияния коллимации на характеристики излучения

1.1.4 Обсуждение результатов расчёта. Сравнение с предыдущими результатами

1.2 Экспериментальная зона Томского синхротрона

1.3 Экспериментальное исследование характеристик КТИ в толстых кристаллах

1.3.1 Получение и исследование интенсивных поляризованных пучков

1.3.2 Проверка зависимости характеристик КТИ от температуры кристалла
1.3.3 Проверка применимости теории КТИ для монокристаллов с большим х
1.4 Использование поляризованных пучков для измерения асимметрии реакции фоторасщепления дейтрона
1.5 Заключение и выводы
ГЛАВА 2 КОГЕРЕНТНОЕ ТОРМОЗНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ТИПА Б
2.1 Исследование излучения при движении электронов вдоль оси кристалла. Обнаружение КТИ Б релятивистских электронов
2.2 Влияние эффекта каналирования на спектр КТИ Б Расщепление спектральной линии КТИ
2.3 Возможное использование КТИ Б для получения поляризованных монохроматичных фотонных пучков
2.4 Когерентные электромагнитные процессы в мозаичных кристаллах пиролитического графита
2.5 Выводы
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ КАНАЛИРОВАНИИ В ТОЛСТЫХ КРИСТАЛЛАХ ВОЛЬФРАМА
3.1 Исследование спектра излучения при осевом каналировании электронов в кристаллах вольфрама
3.2 Исследование угловых распределений и выхода радиационных потерь излучения для осевой ориентации кристаллов ,
3.3 Генерация позитронов излучением при осевом каналировании электронов в кристалле вольфрама
3.4 Заключение и выводы
ГЛАВА 4 ГЕНЕРАЦИЯ ПОЗИТРОНОВ ИЗЛУЧЕНИЕМ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ В КРИСТАЛЛАХ
4.1. Схема эксперимента и методика измерений
4.2 Моделирование и сравнение результатов расчёта и эксперимента
4.3 Зависимость выхода позитронов от толщины кристалла и соотношения компонент составной мишени
4.4 Исследование прототипа кристаллического инжектора позитронов на линейном ускорителе КЕК
4.5 Заключение и выводы
ГЛАВА 5 ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В МОЗАИЧНЫХ КРИСТАЛЛАХ
5.1 Экспериментальная аппаратура и методика проведения измерений
5.2 Сравнение характеристик ПРИ в идеальных и мозаичных кристаллах
5.3 Оценка вклада дифракции реальных фотонов в измеряемый спектр ПРИ
5.4 Расчёт спектрально-углового распределения ПРИ Учет дифракции реальных фотонов
5.5 Сравнение результатов расчёта и эксперимента
5.6 Проверка применимости модели
5.7 Заключение и выводы
ГЛАВА 6 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕНТГЕНОВСКОЙ КОМПОНЕНТЫ ИЗЛУЧЕНИЯ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ В СРЕДЕ С ПОМОЩЬЮ КРИСТАЛЛ ДИФРАКЦИОННОГО СПЕКТРОМЕТРА
6.1 Экспериментальная аппаратура и методика проведения измерений
6.2 Поиск рентгеновского параметрического излучения вдоль скорости частицы
6.3 Измерение спектра мягкой компоненты излучения при каналировании
6.4 Заключение и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Теоретические и экспериментальные исследования электромагнитных процессов в ориентированных кристаллах, выполненные к середине 80-х годов, показали, что наряду с известным когерентным тормозным излучением лёгких релятивистских частиц в кристаллах [1,2], возникающим когда импульс, переданный среде в процессе излучения - д, совпадает с вектором обратной решётки кристалла д, и широко используемым в экспериментальной физике для генерации поляризованных пучков у-излучения, при движении быстрых заряженных частиц в кристаллах могут генерироваться ещё два типа излучения. При движении частиц вдоль осей и плоскостей кристалла из-за периодического отклонения частицы от прямолинейной траектории возникает жёсткое интенсивное у-излучение, направленное вдоль скорости частицы в кристалле и получившее название излучения при каналировании. Дальнейшее исследование этой проблемы привело к обнаружению резкого увеличения каскадных процессов ( излучения и рождения электронно-позитронных пар) в сильных полях кристаллов при ультрарелятивистских энергиях. Другой тип излучения, получивший название параметрического рентгеновского излучения (ПРИ), испускается средой, через которую пролетает быстрая заряженная частица, может быть в первом приближении представлен как результат дифракции собственного электромагнитного поля частицы на плоскостях кристалла. В отличие от любого другого типа излучения релятивистских частиц, ПРИ слабо зависит от их энергии и испускается под углами гораздо большими, чем характерный угол излучения у-1, где у - лоренц-фактор частицы. Теоретическое описание этих эффектов и сравнение с первыми экспериментальными результатами для тонких кристаллов алмаза, кремния и германия достаточно подробно описаны в монографиях и обзорах [3-10].
Высокая интенсивность излучения при каналировании в области энергии фотонов и>т ~ шоу3/2, где и/д ~ 102 эВ, и возможность плавного изменения энергии фотонов пучка ПРИ путём изменения угла наблюдения или ориентации кристалла делают их весьма привлекательными для практического использования. Наиболее естественным путём увеличения интенсивности излучения в заданный телесный угол является увеличение толщины мишени. В этом случае наряду с процессами излучения определяющую роль начинает играть динамика движения частиц в кристаллах. В отличие от тонкого кристалла, в кристалле большой толщины нельзя строго разграничить проявление того или иного механизма излучения, а соотношение их вкладов в интегральную интенсивность излучения должно быть определено экспериментально.

параметры Стокса линейно поляризованного пучка излучения; Р - степень поляризации; ф - угол поворота плоскости линейной поляризации относительно плоскости отсчета. Излучение на электронах в первом приближении учитывалось заменой я2 в выражении (1.17) для интенсивности некогерентной компоненты излучения на г (я + г]), где 1) меняется с 1.32 для углерода до 1.16 для вольфрама [55].
1.1.4 Обсуждение результатов расчета.
Сравнение с предыдущими результатами.
Как отмечено выше, основной целью исследований, описанных в этой главе диссертации являлось создание на Томском синхротроне эксплуатационного пучка поляризованного излучения с максимальной приведённой интенсивностью и минимальной неопределенностью параметров. Требуемый диапазон энергий фотонов - 50 МэВ< ш < 140 МэВ. Согласно теории теории КТИ такие пучки генерируются для ориентаций кристаллов, соответствующих эффекту ’’точки” (см. раздел 1.1.1 и [1,2,7], то есть пучок электронов падает на кристалл под малым углом а к одной из кристаллографических плоскостей. Угол разориентащш оси кристалла -0 достаточно велик (0 ~ 40-50 мрад). Поскольку все измерения по исследованию характеристик и использованию поляризованного излучения проведены для энергии электронов 1?о=900 МэВ, угла коллимации излучения «?с=0.6 мрад (1,06 у-1) и монокристаллов алмаза (см. разделы
1.3.1, 1.4), анализ результатов расчётов по предлагаемой в диссертации методике проведём для этих условий. Оси системы координат соответствуют кристаллографическим осям <100>, <010>, <001 >.
Главной особенностью предлагаемой методики расчета является последовательный учет излучения от электронов, рассеянных в материале мишени, поэтому отличия от результатов расчетов по известным методикам будут проявляться для больших углов излучения. В эксперименте это соответствует внеосевой коллимации излучения или излучению в толстых кристаллах.
Подробный анализ зависимости характеристик когерентной компоненты излучения от угла вылета фотона, или от угла расположения коллиматора относительно направления движения электрона проведён в [37]. На рисунке 1.3 приведена зависимость спектра интенсивности и распределения параметра Стокса когерентной компоненты излучения для