Источники терагерцового и узкополосного рентгеновского излучения с использованием электронных сгустков большой яркости

• Автор: Бондаренко, Тарас Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Источник электромагнитного излучения терагерцового диапазона

1.1 Общее описание установки

1.1.1 Фотокатод

1.1.2 Лазерная система

1.1.3 Система СВЧ питания

1.2 Ускоряющая структура

1.2.1 Фотоинжектор

1.2.2 Ускоряющая секция на бегущей волне на основе круглого диафрагмированного волновода
1.2.3 Ускоряющая секция на основе круглого диафрагмированного волновода с магнитной связью
1.2.4 Резонатор на бегущей волне
1.2.5 Бипериодическая ускоряющая структура
2. Моделирование динамики электронов в ускоряющей структуре генератора электромагнитного излучения терагерцового диапазона
2.1. Программа ВЕАМИИЬАС-ВЬ для расчета динамики электронов
2.2. Учет поля излучения
2.3. Учет собственного поля объемного заряда пучка
2.4. Анализ динамики электронов в ускоряющих структурах генератора терагерцового излучения
3. Излучающая система генератора электромагнитного излучения терагерцового диапазона
3.1. Аналитический расчет излучения, наведенного сгустком
3.2. Капиллярная замедляющая структура
3.3. Излучающая антенная система

4. Источник узкополосного рентгеновского излучения для
рентгенографии
4.1. Общее описание установки
4.2. Каналирование электронов и генерация излучения
4.3. Рентгеновская оптика
4.4. Отклоняющий магнит
4.5. Расчет дозовых нагрузок от источника
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность и степень проработанности работы
В последнее десятилетие наблюдается резкий рост числа фундаментальных и прикладных работ в области генерации и применения излучения в интервале длин волн от 1 мм до 30 мкм, что соответствует частотному диапазону 300 ГГц -10 ТГц. Эта область лежит между фотоникой и электроникой, перекрываясь с длинноволновым далеким инфракрасным излучением и высокочастотными миллиметровыми волнами.
В отличие от последних, ТГц область электромагнитного излучения (ЭМИ) до последнего времени оставалась практически неизученной, что связано с отсутствием как достаточно мощных источников терагерцового излучения, так и приёмников, способных зарегистрировать излучение в данной области спектра. За последние годы появился целый ряд новых типов источников терагерцового излучения: от милливаттных генераторов субпикосекундных импульсов
широкополосного излучения на основе фемтосекундных лазеров до лазеров на свободных электронах, генерирующих перестраиваемое узкополосное когерентное излучение со средней мощностью до сотен ватт.
Интерес к терагерцовому излучению обусловлен наличием у него свойств, выгодно выделяющих его среди других диапазонов ЭМИ. Основными особенностями ТГц излучения являются следующие его свойства:
- ТГц излучение неионизирующее (энергия фотонов 0,004 - 0,04 эВ);
- ТГц излучение хорошо проходит через мутные среды и мелкодисперсные материалы из-за резкого подавления рэлеевского рассеяния (1/Я.4);
- ТГц диапазон - область вращательных спектров молекул, колебаний биологически важных коллективных мод ДНК и белков, колебаний твердотельной плазмы;

Рисунок 1.8 - Распределение электрического поля в структуре на видах колебаний О и п

Рисунок 1.9 - Дисперсионная характеристика
Период структуры был выбран в соответствие с формулой, определяющей период для вида колебаний п для условия синхронности скорости распространения электромагнитной волны и скорости частиц пучка:

(1.19)
где Рф - относительная фазовая скорость частицы, 0 - рабочий вид колебаний
ускоряющей структуры, X - длина волны генератора. Для расчетов в данном случае р, было принято равным 0,9. Длины ячеек составили I, = 0,6/ и Ь2 =1.