Методы оптической диагностики электрон-позитронных пучков и взаимодействия плазмы с сильноточным электронным пучком

• Автор: Мешков, Олег Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.08, 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ..

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДИК.

1. 1. Диагностические методы в экспериментах по физике плазмы

Методика лазерного рассеяния на угол .

Методика экспериментов по томсоновскому рассеянию на угол 8

Оценка возможного влияния

лазерного излучения на исследуемую плазму.

Определение турбулентных электрических полей в плазме по спектральному контуру линии Иа

основные теоретические предпосылки.

Профиль линии На в равновесной плазме.

Профиль линии На в поле высокочастотной турбулентности
1.2. Физика ускорителей. Использование синхротронного излучения СИ
для диагностики пучков заряженных частиц
Свойства синхротронного излучения СИ, существенные для диагностики пучков на комплексе ВЭПГ14М
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ.
2.1. Физика плазмы. Установка ГОЛМ.
2.1.1. Системы лазерного рассеяния установки ГОЛМ
Лазеры систем некогерентного томсоповского рассеяния
Системы регистрации рассеянного лазерного излучения.
Система I.
Система II
Система III
Система IV.
Калибровка систем томсоновского рассеяния.
Электроника систем регистрации
2.1.2. Спектроскопические диагностики для исследования ленгмюровской
турбулентности
Эмиссионная спектроскопия на основе
интерферометра ФабриПеро.
Метод стабилизации интерференционной картины
Исследование формы спектральных линий
методом внутрирезонаторной лазерной спектроскопии.
Основные особенности метода ВРЛС
Оптическая схема диагностики
2.2. Физика ускорителей.
Комплекс ВЭПП4 и его оптические диагностики
Измерение поперечных размеров пучка.
Измерения частот колебаний пучка и его поперечного профиля с пооборотным
разрешением
Принцип работы Быстрого Измерителя Профиля
Измерение относительной чувствительности каналов БИП
Программное обеспечение и возможности прибора.
Коронограф для исследования
хвостов электронного пучка
Система стабилизация пучка по координате и углу
в экспериментальном промежутке ВЭГ1П4М.
Точность измерений
Энергетический диапазон коллайдера, доступный для измерений.
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ДИАГНОСТИК В ЭКСПЕРИМЕНТАХ ПО ФИЗИКЕ ПЛАЗМЫ И ФИЗИКЕ УСКОРИТЕЛЕЙ
3.1. Физика плазмы. Измерения основных параметров плазмы
температуры и плотности
Измерения температуры и плотности электронов плазмы.
Обсуждение результатов.
Исследование хвостов
функции распределения электронов плазмы
Восстановление функции распределения электронов плазмы по данным
томсоновского рассеяния
Обсуждение результатов.0
Обнаружение леигмюровских каверн
при инжекции РЭП в плазму.
Спектроскопическое исследование ленгмюровской турбулентности. Изучение
контура линии На во время инжекции РЭП в плазму.
Эмиссионная спектроскопия
ВнутриРезонаторная Лазерная Спектроскопия.
Обсуждение результатов
3.2. Физика ускорителей. Измерение основных параметров пучка в
коллайдере ВЭПП4М
Применение ПЗСкамеры для настройки коллайдера
Контроль положения пучка по координате и углу
в экспериментальном промежутке ВЭПП4М
Экспериментальные результаты, полученные при помощи быстрого
измерителя профиля
Раскогеренчивание пучка.
Регистрация эффектов встречи
Сканирование плоскости бетатронных частот.
Рутинный контроль низкочастотных и фазовых колебаний пучка
Измерения энергетического разброса пучка
Метод I. Спектр синхробетатронных колебаний
Метод II. Хроматическая зависимость
огибающей бетатронных колебаний пучка.
Прямое сопоставление данных диагностик при измерении энергетического
разброса пучка
Определение динамической апертуры ВЭПП4М.
Зависимость динамической апертуры от хроматизма.
Измерения ДА при помощи быстрого удара по пучку.
Измерение динамической апертуры
в присутствии эффектов встречи
Исследование динамики пучка
при пересечении бетатронных резонансов
Исследование хвостов
функции распределения электронного пучка
Моделирование рассеяния пучка на остаточном вакууме.
Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Литература


Впервые локальная функция распределения плазменных электронов определена в интервале энергий около 0 Тс. Впервые с помощью нескольких независимых методик исследовано влияние высокочастотных турбулентных электрических полей на профиль спектральной линии На. Впервые обнаружены ленгмЮровские каверны, вызванные нелинейными процессами диссипации турбулентных колебаний в плазме. Впервые исследована динамика поперечного профиля электронного пучка в ускорителе на протяжении более 0 тысяч оборотов с одпооборотным временным разрешением. Впервые исследовано образование хвостов электронного пучка в циклическом ускорителе вследствие рассеяния на остаточном газе при помощи оптического коронографа. Диагностические комплексы на основе рубинового и неодимового лазера. Спектроскопические диагностики на основе интерферометра ФабриПеро и метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии для исследования контура линии Н, результаты экспериментального исследования влияния турбулентных полей на контур линии На. Результаты экспериментального исследования динамики температуры и плотности плазмы, нагретой РЭП, а также детального изучения параметров функции распределения электронов плазмы. Оптический коронограф для исследования хвостов пучка в ускорителе ВЭПП3 и проведение с ним экспериментов. Монитор профиля электронного пучка с пооборотным временным разрешением и проведение с ним экспериментов по физике ускорителей. Основное содержание диссертации опубликовано в работах 1, , , , 3, 1, 7, 8, 1, 2, 3, 7, 8, 8 из списка ВАК. ГЛАВА 1. Рассмотрим некоторые результаты теории рассеяния света в плазме, имеющие отношение к проведенным экспериментам. При рассеянии плоскополяризованной электромагнитной волны с амплитудой Ею на электроне, двигающемся со скоростью Д Рс, среднее по времени значение мощности, рассеянной в телесный угол сЮ. Р, с2гЮ8г. При рассеянии на плазме вид спектра рассеяния определяется параметром Солпитера а г , где г0 дебаевский радиус. Р,Я,со,1со,с1С1 ЫР,1Агах ДОгуЛу. Птсо,ШП 1. Для р 1, а также в случае а можно считать к постоянной , т. РЯссоПЩРАУсОх ухЬуЬ у,, 1. V АЬ. Таким образом, частотный сдвиг рассеянного излучения, записанный через допплеровский сдвиг а5 су, повторяет форму функции распределения по скоростям в направлении дифференциального рассеивающего вектора Л. Ря Я,Л,Л51П X5 X ю2 схр С . Д от ЛЯ2 это прямая с тангенсом угла наклона с24у2 Л п202, где уТе тепловая скорость электронов. Если Л и Л5 выражены в ангстремах, то 02. ТеэВ для Я, А рубиновый лазер и С 4. При обработке результатов измерений прямая вписывалась в экспериментальные точки методом наименьших квадратов. Известной особенностью экспериментов по нагреву плазмы РЭП является неравновесный вид функции распределения электронов . При этом большая часть энергии, переданной пучком плазме, содержится в сверхтспловых хвостах функции распределения. РЭП, за счет черепковского механизма, возбуждает ленгмюровские колебания с фазовой скоростью, равной скорости пучка. Их волновой вектор с, сор. Те. Л, где происходит их поглощение электронами плазмы. Целыо физических экспериментов на установке ГОЛМ являлось исследование деталей механизма взаимодействия РЭП с плазмой, в том числе и спектра ленгмюровской турбулентности как в резонансной области, где происходит накачка колебаний, так и в нерезонансной, где они поглощаются. Соответственно, необходима информация о функции распределения электронов плазмы в возможно более широком энергетическом интервале. Если нагрев основной массы электронов керна можно измерить с помощью томсоновского рассеяния па угол 6 , то для определения характеристик хвостов необходимо использовать рассеяние на малый угол в 1. Преимущества малоуглового рассеяния заключаются в следующем . Вопервых, как видно из 1. Для 0 8, как в наших экспериментах, это соответствует сжатию спектра в раз по сравнению с рассеянием па . Пропорционально возрастает превышение спектральной плотности полезного сигнала над спектральной плотностью фонового излучения плазмы, что весьма существенно при измерениях параметров плазмы, нагреваемой РЭП, т.