Разработка и создание специализированных источников синхротронного излучения

• Автор: Корчуганов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 246 с. : ил

Содержание
Введение
Глава 1. Оптимизация накопителя -источника СИ
§ 1.1. Оптимизация структурных функций накопителя - источника СИ
§ 1.2. Минимизация эмиттанса и настройка магнитной оптики
§ 1.3. Развитие структур с ахроматическими поворотами
Глава II. Структуры современных специализированных источников СИ §2.1. Структура накопителя Сибири-2
§ 2.2. Компенсация хроматизма и динамическая апертура Сибири-2
§ 2.3. Развитие оптической структуры и уменьшение эмиттанса Сибири-2
§ 2.4. Оптическая структура SLS PSI
§ 2.5. Оптическая структура Nanohana
Глава III. Разработка и создание магнитных систем
§3.1. Магнитные элементы Сибири-2
§ 3.2. Магнитные элементы SLS
Глава IV. Статус источника СИ Сибирь-
§4.1. Система инжекции для накопителя Сибирь-2
§4.2. Запуск Сибири-2 и работа с пучком
§ 4.3. Коррекция орбиты и измерение параметров структуры Сибири-2
§4.4. Основные параметры пучков СИ Сибири-2
Заключение
Приложение I
Приложение II
Приложение III
Литература
Введение.

Синхротронное излучение заряженной частицы, движущейся с релятивистской скоростью по кривой траектории, играет все возрастающую важную роль во многих областях науки. Оно производит потоки фотонов, сравнимых по своей интенсивности с лазерным излучением, но в широком спектральном диапазоне, недоступном для источников других типов.
Использование синхротронного излучения (СИ) радикальным образом изменило возможности многих физических методов исследования в области фундаментальных наук (в частности, в рентгеноструктурном анализе белков, атомной и молекулярной физике, физике твердого тела, химическом катализе), так и в области прикладных наук (материаловедение, микроэлементный анализ, медицинская диагностика и др.). Кроме того, СИ открыло возможность реализации ряда принципиально новых технологий: рентгеновской литографии для производства приборов с субмикронными структурами и LIGA - технологии для производства приборов микромеханики.
Первые исследовательские работы с использованием СИ были выполнены в 60-х годах XX века на синхротронах [1].
С начала 1980-х годов по настоящее время на базе накопителей электронов и позитронов выросло три поколения источников СИ. Каждое поколение имело свои качественные отличия.
Так, самые первые массовые источники СИ - это электрон - позитронные коллайдеры, на которых параллельно физике высоких энергий проводились работы на выведенном СИ. На таких установках, было отработано много новых идей, включая первые технологии сверхпроводящих устройств (например, ВЭПП-2 и ВЭПП-3 в Новосибирске и СПИР в Станфорде) и лазеров на свободных электронах (ВЭПП-3 в Новосибирске).
Второе поколение - специализированные накопители - источники СИ - на которых большинство работ проводилось с излучением из поворотных магнитов. Однако основные требования повышения интенсивности и яркости, нужной степени поляризации, временной структуры были уже осознаны. Именно во втором поколении вопросы оптимизации магнитных структур накопителей вышли на первый план. В этот период были разработаны и впервые массово применены новые яркие излучатели - вигглеры и ондуляторы. На ряде накопителей второго поколения были модернизированы магнитные структуры с целью уменьшения эмитгансов и более оптимальной работы с новыми источниками.
Третье поколение, появившееся в 1992 году, характеризуется специализированными накопителями со сверхмалыми эмиттансами, длинными прямолинейными промежутками, основное предназначение которых состоит в работе с квазимонохроматическим излучением из ондуляторов и мини-ондуляторов, как основных источников. Их научное и технологическое воздействие такое же или даже более значительное, как и источников 2-ого поколения.
Потребительские возможности источников СИ тем выше, чем больше спектральный поток и спектральная яркость излучения в заданном спектральном диапазоне. Эти две величины являются инвариантами относительно оптических преобразований.
Спектральный поток источника
р( Д) =------------------------------------ (1)
с-(0.1%ДЯ/Я)
определяется как количество фотонов, испускаемых в единицу времени в полосе длин волн ДА / Я около заданной длины волны. Общепринятой полосой для сравнения яркостей и потоков является ДА/А =10~3. Потоки >1014 фотонов в секунду, падающих на образец, при накопленных токах 100 мА или более, являются сегодня доступными на многих специализированных источниках СИ.
где в,Щ - горизонтальный и вертикальный углы наблюдения, К- параметр ондуляторности (1.1.1.3), г = 1,3,5...- номер гармоники излучения.
Основной характеристикой силы источника света является его спектральная яркость, поскольку она является инвариантом при оптических преобразованиях.
С учетом размеров (7 г у и угловых расходимостей О у. электронного пучка, а
также протяженности источника излучения, выражение для центральной спектральной яркости излучения из ондулятора имеет вид
Видимые размеры и углы фотонного пучка <7Тх, <7Тх., (7Ту, СТу. приведены к центру ондулятора [1.1.7],
Здесь, в приближении гауссовского распределения излучения, стандартная угловая расходимость <7г, и стандартный размер <7г источника ондуляторного излучения, соответствующего одному электрону [1.1.В],
определяют дифракционный фазовый объем ондуляторного излучения - «фотонный эмиттанс» через длину волны излучения
(1.1.4.3)
(1.1.4.4)