Дифракционно-ограниченный источник излучения рентгеновского диапазона на базе накопителя Сибирь-2

• Автор: Томин, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Электронно-оптические структуры накопителя Сибирь-

1.1 Получение малого эмиттанса в источниках СИ

1.2 Существующая электронно-оптическая структура накопителя Сибирь-2

1.2.1 Хроматизм и динамическая апертура в действующей стуруктурс накопителя Сибирь-

1.2.2 Амплитудно-частотная зависимость структуры

1.3 Исследование структуры с эмиттансом 17 нм-рад

1.3.1 Описание структуры

1.3.2 Нелинейное движение и динамическая аперутура структуры «17 нм-рад»

1.3.3 Чувствительность структуры к ошибкам выставки магнитных элементов

2 Выбор основных параметров ондулятора
2.1 Оценка фундаментальных параметров ондулятора
2.2 Выбор типа ондулятора и компьютерное моделирование
2.2.1 Сравнение гибридного и PPM ондуляторов. Выбор типа ондулятора
2.3 Выбор оптимальной геометрии
2.3.1 Выбор зазора ондулятора
2.3.2 Выбор поперечных размеров полюса ондулятора
2.3.3 Оптимизация геометрии концевых полюсов
2.3.4 Спектр излучения при перестройке зазора ондулятора
2.4 Влияние третьей гармоники магнитного поля на излучение
2.4.1 Расчет спектра излучения из ондулятора
3 Влияние вставных устройств на электронный нучок
3.1 Радиационные эффекты
3.2 Влияние вставных устройств на динамику пучка
3.2.1 Линейные эффекты
3.2.2 Нелинейные эффекты
3.3 Сравнение методов расчета влияния вставных устройств на динамику пучка
3.3.1 Влияние вставных устройств на структуру 17 нм-рад
3.3.2 Чувствительность структуры с ондулятором к ошибкам выставки магнитных элементов
4 Излучение из ондулятора
4.1 Размеры дифракционно-ограниченного источника излучения
4.1.1 Дифракционные размеры ондуляторного излучения
4.2 Расчет излучения из ондулятора
4.2.1 Программа для расчета излучения Genera
4.2.2 Влияние параметров электронного пучка на излучение
4.3 Дифракционный предел и когерентность излучения

Заключение
Список рисунков
Список таблиц
Литература
А Гамильтоновский подход в ускорительной физике
А.1 Гамильтониан в сопутствующей системе координат
А. 1.1 Переход к независимой переменной s
А.2 Симплектическая форма гамильтоновских уравнений движений
В Нахождение эмиттансов и энергетического разброса для электронного пучка с
учетом многократного внутрисгусткового рассеяния
С Уравнения движения в фиксированной системе координат

Введение
В последние несколько десятилетий синхротроннос излучение стало важнейшим инструментом исследования материи. Различные методы, основанные на синхротронном излучении, дают информацию о микроструктуре материалов, о химическом составе и электронной структуре, о свойствах поверхностей, границ раздела сред тонких плёнок и многослойных материалов. Синхротронное излучение (СИ) - один из мощнейших инструментов, с помощью которого можно изучать образцы как в статическом состоянии, так и изучать динамику процесса в сверхкоротких масштабах времени в экстремальных условиях (низкие температуры, сверхвысокие давления, взрывные явления и сверхвысокие температуры) [1, 2]. СИ применяется в медицинской диагностике (ангиография, маммография и др.), разрабатываются различные методики радиотерапии с использованием СИ (Photon Activation Therapy, Microbeam Radiation Therapy (MRT) и др.) [3, 4, 5]. Кроме того, СИ открыло возможность реализации ряда принципиально новых технологий: рентгеновской литографии для производства приборов с субмик-ронными структурами и LIGA - технологии для производства приборов микромеханики [6]. С момента появления первых исследовательских работ с использованием синхротронного излучения, выполненных в 60-х годах XX века на электронных синхротронах [7] и по настоящее время, на базе накопителей электронов и позитронов выросло три поколения источников СИ. Каждое последующее поколение имело целый ряд качественных отличий от предыдущего, но можно выделить один параметр, который увеличивался на порядки при переходе к следующему поколению - это спектральная яркость фотонных пучков генерируемых источником. Ранний период развития этого направления хорошо описан в обзоре [8].
Первое поколение источников СИ - это электронные или позитронные накопители, созданные для изучения физики высоких энергий на встречных пучках. Это были либо сами коллайдеры, либо инжекторы (бустсрные синхротроны) к коллайдерам. Как источники СИ они обладали очевидными недостатками: большой эмиттанс >100 нм рад, малое количество

-0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.

280 0.
240 0.
200 0.
160 І £. 0.015 >

120 0.
80 0.
40 0.00g
03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.

280 240 200 1601 —1120 80

Рисунок 1.14: Динамическая апертура до коррекции а) и после б).

Рисунок 1.15: Динамическая апертура до коррекции а) и после б).
На Рис. 1.15а ДА представляет собой лишь небольшую область, где частицы «прожили» в течении ~ 30 оборотов. Но после коррекции динамическая апертура в горизонтальной плоскости существенно увеличилась до -10 - 20 мм и до 10 мм по вертикали. Для этого случая мы приводим искажения равновесной орбиты, смоделированные на азимутах пикапов, до коррекции и после коррекции, Рис. 1.16. Как можно видеть, амплитуда отклонений замкнутой орбиты в пикапах от равновесной находится в пределах — 9 < X < 12 мм в горизонтальной плоскости и —5.5 < Y < 3.2 мм в вертикальной плоскости. Такие большие искажения орбиты являются неприемлемыми, но и их удастся скорректировать до приемлемых значений для обеспечения устойчивой динамики электронного пучка. Стоит отметить, что коррекция орбиты производилась с помощью идеальной матрицы отклика и только один раз. Такая коррекция не учитывает нелинейный вклад секступольных линз, поэтому после первой итерации орбита остается не вполне скорректированной, что можно видеть на графиках. Эти остаточ-