Фокусировка переходного и дифракционного излучения изогнутыми мишенями

• Автор: Сухих, Леонид Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Фокусировка оптического переходного и дифракционного излучений при их генерации сферической мишенью

1.1. Теоретический расчёт

1.2. Экспериментальная установка

1.3. Результаты экспериментов и сравнение с теорией

Глава 2. Фокусировка когерентного переходного излучения и излучения Смита-Парселла при их генерации параболическими мишенями

2.1. Теоретические оценки

2.2. Экспериментальная установка

2.3. Результаты экспериментов и сравнение с теорией

Глава 3. Источник мягкого рентгеновского излучения

3.1. Схема источника
3.2. Генерация когерентного дифракционного излучения
3.3. Генерация мягкого рентгеновского излучения
Заключение
Литература

Введение
На сегодняшний день поляризационное излучение (переходное, дифракционное, Смита-Парселла) релятивистских электронных1 сгустков и частиц имеет многочисленные практические приложения в физике ускорителей, лазеров, плазмы, сверхвысокочастотной электронике и т.д. Помимо вышеупомянутых областей в последнее время активно исследуется возможность использования данного механизма, для генерации интенсивного излучения в таких спектральных диапазонах как ТГц, мягкий рентген, необходимых, в том числе, для целей медицинских и биологических исследований.
Излучение называется переходным (ПИ), если частица пересекает границу раздела различных сред, дифракционным (ДИ) - если частица движется в вакууме вблизи неоднородности, и излучением Смита-Парселла (ИСП), если частица движется вблизи дифракционной решетки (частный случай дифракционного излучения, иногда называемый резонансным ДИ).
Переходное излучение было предсказано В. Л. Гинзбургом и И. М. Франком в 1946 году [1]. Экспериментально переходное излучение протонов было, по всей видимости, впервые зарегистрировано в 1959 году [2]. Излучение, генерируемое электронами в тонких фольгах было экспериментально зарегистрировано в работах [3, 4]. Данные экспериментальные исследования в оптическом диапазоне длин волн подтвердили теорию Гинзбурга-Франка, которая описывает излучение равномерно движущегося электрона при пересечении бесконечной границы раздела двух сред с различными диэлектрическими и/или магнитными проницаемостями. Потери энергии на переходное излучение много меньше энергии частицы, так как излучает не сама частица, а поляризованные полем электрона атомы сре-
1Всё нижесказанное может быть, в принципе, распространено на любую заряженную частицу.

ды. Спектр переходного излучения простирается от рентгеновского диапазона, где вещество уже становится прозрачным, до длинноволнового диапазона, где спектр ограничивается размерами мишени.
После предсказания и экспериментального подтверждения генерации переходного излучения была проведена огромная экспериментальная и теоретическая работа по исследованию этого явления, первоначально в оптическом и рентгеновском диапазонах длин волн (см., например, библиографию [5]). Одним из важных практических результатов этой работы стало широкое использование переходного излучения в физике высоких энергий, при создании детекторов заряженных частиц и в системах диагностики электронных сгустков ускорителей. В работе [6] была, по всей видимости впервые, экспериментально показана возможность детектирования высокоэнергетических заряженных частиц с помощью счётчиков на основе оптического переходного излучения. В обзоре [7] рассмотрено использование резонансного переходного излучения от стопки пластин для измерения характеристик релятивистских электронов в физике высоких энергий. В работе Л. Вартски (Ь. Vartski) [8] интерференция оптического переходного излучения от двух пластин в вакууме использовалась для определения энергии электронов в ускорителе и угловой расходимости пучка.
Отдельно следует сказать о переходном излучении в миллиметровой области длин волн. После экспериментального обнаружения когерентного синхротронного излучения в 1989 году [9], которое было предсказано ещё в 1946 г. [10], существенно возрос интерес к процессам когерентного излучения. Когерентное излучение, которое становится существенным при характерных размерах сгустка меньших, чем длина волны излучения, характеризуется квадратичной зависимостью мощности излучения от числа электронов в сгустке [10]. Когерентное переходное излучение в субмиллиметровой

2 -г- Змкм. Фотография мишени показана на рисунке 1.10. Как уже говорилось ранее, при таком соотношении поперечных размеров сферического зеркала и его фокуса вполне возможно заменить параболическую поверхность сферической с ошибкой не более 1%. Плоское зеркало представляло собой пластину из кремния толщиной 300 мкм с напылённым золотым отражающим слоем толщиной 2 -г- Змкм. Размеры пластинки 9x7мм2. Фотография плоской мишени показана на рисунке 1.11. Учитывая, что для ускорителя КЕК АТЕ при работе в оптическом диапазоне длин волн характерный поперечный размер поля электрона порядка 7Л = 1,25 мм, можно использовать эти мишени как для генерации оптического дифракционного, так и оптического переходного излучения.
Рис. 1.10. Фотография сферической ми-
Рис. 1.11. Фотография плоской мишени.
шени.
Именно из- за разницы материалов отражающих слоёв мишеней в теоретические расчёты были введены реальные отражающие свойства материалов поверхностей в оптическом диапазоне длин волн.