Tłumienie promieniowania

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Tłumienie promieniowania polega na zmniejszeniu amplitudy poprzecznych oscylacji betatronowych cząstki naładowanej w akceleratorze cyklicznym oraz emisji wiązki cząstek związanej z promieniowaniem synchrotronowym . Ponieważ intensywność promieniowania synchrotronowego bardzo silnie zależy od energii cząstki (~ γ 4 ), tłumienie promieniowania jest ważne dla akceleratorów lekkich ultrarelatywistycznych cząstek ( synchrotronów elektronowych) i nieistotne dla maszyn hadronowych.

Mechanizm tłumiący

Promieniowanie ultrarelatywistycznej cząstki w poprzecznym polu magnetycznym zachodzi w kierunku ruchu cząstki, w wąskim stożku z roztworem ~ 1 / γ. W związku z tym podczas promieniowania wszystkie składowe pędu cząstek, zarówno podłużne, jak i poprzeczne, zostają zniesione. Przechodząc przez rezonator przyspieszający, cząsteczka uzupełnia energię utraconą na promieniowanie, jednak ponieważ pole elektryczne jest skierowane wzdłuż osi wiązki, przywracana jest tylko składowa podłużna impulsu. Zatem poprzeczny pęd cząstki maleje z każdym obrotem, kąt poprzeczny y '= p y / p 0 (y = x, z) i niezmiennik Couranta-Snydera , czyli zakres oscylacji betatronu, maleją.

Ponieważ energia U 0 emitowana na obrót jest zawsze znacznie mniejsza niż energia cząstek E 0 , rozpad promieniowania jest stosunkowo powolny. Dekrement tłumienia ζ zależy od energii i pól elementów magnetycznych znajdujących się na orbicie wiązki. Czasy rozpadu τ = 1 / ζ można obliczyć w następujący sposób [1] :

,
,
,

gdzie E 0 to energia elektronu, U 0 to strata energii na obrót, T 0 to okres obrotu wiązki, J x, z, E to bezwymiarowe ubytki tłumienia o trzech stopniach swobody:

,
,
...

(Ostatnia równość nazywana jest Twierdzeniem o sumie dekrementów .) Całki promieniowania I 2,4 są określone przez strukturę ogniskowania pierścienia.

,
...

Tutaj ρ jest lokalną krzywizną orbity, D jest funkcją dyspersji, k 1 = G / Bρ jest składową kwadrupolową pola magnetycznego w magnesie zginającym , G jest gradientem pola, Bρ jest sztywnością magnetyczną .

Limit tłumienia

Kwantowa natura promieniowania synchrotronowego odgrywa ważną rolę w tłumieniu. Wahania emisji poszczególnych kwantów prowadzą do narastania oscylacji betatronowych. Ostateczna amplituda drgań krążącej cząstki jest określona przez równowagę między mechanizmem tłumienia i odrzutu. Należy zauważyć, że fluktuacje kwantowe wzbudzają tylko podłużne ( synchrotron ) i poprzeczne drgania poziome, ale nie pionowe, jeśli pierścień jest płaski. Równowagowa pionowa emitancja wiązki jest określona przez sprzężenie dwóch poprzecznych trybów drgań. Z reguły sprzężenie jest małe, a w synchrotronach elektronowych wiązka jest płaska i wydłużona - wielkość promieniowa jest znacznie większa niż pionowa, a podłużna jest większa niż poprzeczna.

Wytłumione pierścienie

Pierścienie akumulacyjne służą do uzyskiwania intensywnych, niskoemisyjnych wiązek elektronów i pozytonów. Część cząstek jest wtryskiwana do pierścienia akumulacyjnego, następuje rozpad, podczas którego zmniejsza się emitancja , a część akceptacji pierścienia jest uwalniana dla nowej porcji. Bez sił rozpraszających zapewniających tłumienie, wstrzyknięcie nowej porcji bez utraty poprzedniej jest niemożliwe ze względu na twierdzenie Liouville'a o zachowaniu objętości fazowej .

W celu skrócenia czasu zaniku, a czasem także do redystrybucji ubytku zaniku pomiędzy podłużnymi i promieniowymi stopniami swobody, w pierścieniach tłumionych często instaluje się wigglery emitujące - elementy magnetyczne o silnym polu, które zwielokrotniają straty energii cząstek na promieniowanie.

Pierścienie tłumione znajdują szerokie zastosowanie zarówno w kompleksach akceleratorowych do eksperymentów fizyki wysokich energii , do przygotowania intensywnych wiązek do zderzaczy cyklicznych i liniowych, jak i do eksperymentów z wiązką ekstrahowaną, a także jako źródła promieniowania synchrotronowego . Ponieważ ważne jest, aby źródło SR uzyskiwało wysoką jasność promieniowania, należy dążyć do minimalizacji emitancji wiązki elektronów – źródła promieniowania. W tym celu stosuje się specjalne schematy rozmieszczania elementów ogniskujących (Achromat Double Bend itp.). Jednak dolna granica emitancji związana z kwantowymi fluktuacjami promieniowania stała się fundamentalną przeszkodą w uzyskaniu ultraniskich emitancji, a najbardziej zaawansowane projekty źródeł SR IV generacji bazują już nie na synchrotronach, ale na akceleratorach-rekuperatorach , gdzie emitancja wiązki jest tworzony nie przez promieniowanie synchrotronowe.

Zobacz też

Notatki (edytuj)

Spinki do mankietów