Невозмущающая диагностика пучков заряженных частиц на основе дифракционного излучения

• Автор: Потылицина-Кубе, Наталия Александровна
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 90 с. : ил

Содержание
1 Введение

1.1 Невозмущающие и почти невозмущающие методы диагностики пучков

заряженных частиц

1.2 Мониторы для определения профиля пучка

1.2.1 Монитор - профилометр

1.2.2 Проволочный сканер

1.2.3 ВБМ на основе процесса комптоновского рассеяния лазерных

фотонов

1.2.4 Интерферометр синхрогронного излучения

1.3 Основные характеристики оптического переходного излучения

1.4 Дифракционное излучение как новый невозмущающий метод диагностики пучков
2 Дифракционное излучение для полубесконечного идеально проводящего экрана при произвольной ориентации начальной частицы.
2.1 Основные характеристики дифракционного излучения
2.1.1 ДИ в перпендикулярной геометрии
2.1.2 ДИ в параллельной геометрии
2.2 Лоренц-преобразование
2.2.1 Лоренц - преобразование полей. Получение формул для полей
ДИ в общем случае
2.2.2 Спектрально-угловая плотность ДИ для общего случая
2.3 Радиационные потери
2.4 Ультрарелятивистское приближение
2.5 Дифракционное излучение умеренно релятивистских и нерелятивистских частиц
2.6 Выводы

3 Дифракционное излучение при пролете заряда через щель.
3.1 Дифракционное излучение на наклонной щели для перпендикулярной геометрии
3.2 Спектрально-угловая плотность ДИ на іцели
3.3 Полные радиационные потери, спектр ДИ
3.4 Поля ДИ для щели при произвольных углах начальной частицы относительно мишени
3.5 Возможность невозмущающей диагностики на основе ДИ
3.6 Выводы
4 Влияние параметров начального пучка заряженных частиц на характеристики ДИ от щели.
4.1 Учет влияния расходимости и размера начального электронного пучка
при расчете угловых характеристик ДИ на щели
4.1.1 Размер пучка
4.1.2 Расходимость пучка
4.2 Результаты численного моделирования характеристик ДИ
4.2.1 Стратегия по разделению эффектов размера пучка и его расходимости
4.2.2 Метод получения оценки расходимости пучка
5 Возможное применение метода оценки расходимости пучка на ускорителе МАМІ (Германия)
5.1 Ускоритель МАМІ
5.2 Критерии выбора параметров эксперимента
5.3 Применение метода эллипсов, для определения расходимости
6 Заключение
7 Приложение

1 Введение
1.1 Невозмущающие и почти невозмущающие методы диагностики пучков заряженных частиц.
Линейные ускорители широко используются для получения высокоэнергетичных электронных и гамма пучков для экспериментов на фиксированной мишени. Кроме того, подобные ускорители используются в качестве инжекторов в накопительных кольцах и в синхротронах [1]. Для этих целей требования к качеству пучка (эмиттанс, стабильность параметров, длина электронного сгустка) не являются столь высокими, как в появившихся недавно направлениях, где также планируется использование линейных ускорителей - создание электрон - позитронных коллайдеров и лазеров на свободных электронах [2], [3]. Так например, в экспериментах на фиксированной мишени, выполненных на линейном ускорителе ЙЬАС' с энергией Е0 = 9.7 ГэВ диаметр электронного пучка на мишени составил 0.5 мм [4]. Однако уже в экспериментах на Стэнфордском Линейном Коллайдере (УГС) с энергией электронного и позитронного лучков Е к. 40 ГэВ, поперечный размер электронного пучка составил уже 70 мкм [5]. В проекте будущего электрон - позитронного коллайдера поперечные размеры сталкивающихся пучков не должны превышать 0.1 мкм, чтобы достичь требуемой светимости. Не менее жесткие требования предъявляются и к пучку линейного ускорителя для создания лазера на свободных электронах (ЛСЭ). Так например, в проекте ЛСЭ для рентгеновского диапазона ЬС1Л [3], размер электронного пучка с энергией Е = 14.35 ГэВ составляет 20 мкм, а расходимость меньше 1 мрад. Предъявляемые требования к параметрам электронных и позитронных пучков таковы, что наряду с развитием ускорительной техники, необходимо параллельнно развивать средства контроля и диагностики пучков, поскольку существующие подходы не всегда обеспечивают необходимую точность.
Одним из наиболее важных параметров, характеризующих электронный пучок, является поперечный эмиттанс, или, другими словами, область, которую занимает пучок в 4-х мерном фазовом пространстве (х,у,х',у'). Здесь через (х, у) обозначается горизонтальная и вертикальная координаты частицы, а через (х',у') - горизонтальный и вертикальный углы импульса частицы относительно центральной линии ускорителя. Фазовые распределения обычно имеют форму эллипса на плоскости (х, х') и (у, у'), которые полностью описываются тремя независимыми параметрами, например, моментами < х2 >,< х'2 >,< хх’ >, или эмиттансом е и двумя параметрами

д/w' sill Ip'(I + COS ifi) = y/o?Jsin Фo(l + COS tfio)
В результате получим следующее выражение для числителя:
~ Sin3 фо(1 + COS (fio)
и знаменателя:
~ sin2 фо sin ip0[±9V + 7-2 + (Щ.
Таким образом, окончательно имеем:
_ , е
Е-2 = ±—-о-----, -
4w yfr* + {%±i6v
Проводя аналогичное разложение для второй компоненты получим:
_ ± D,
toV^ +S* /Й鱫8,
Знак соответствует ДИН. Как и следовало ожидать полученные выражения явным образом не зависят от углов ^0; <Л)- Зависимость полей ДИ от углов влета электрона входит через угловые переменные вф, 6V.
2.5 Дифракционное излучение умеренно релятивистских и нерелятивистских частиц.
Формула (2.28) справедлива для любых начальных условий, в том числе и для нерелятивистского случая. Поскольку интенсивность ДИ пропорциональна квадрату заряда частицы, то представляет интерес оценить выход фотонов ДИ для пучка ускоренных ионов. На большинстве современных ускорителях тяжелых ионов [36] достижимые энергии соответствуют, как правило, умеренно релятивистскому случаю (7 ~ 10). Поскольку для ионов с 7 ~ 10 выход ДИ возрастает за счет большого Z2, но подавляется из-за малой скорости (см. формулу 2.28), оценка выхода фотонов ДИ позволит оценить возможности невозмущающей диагностики и для пучка ускоренных тяжелых ионов.