Ондулятор

Устройство для преобразования кинетической энергии пучка быстрых заряженных частиц (обычно электронов) в энергию электро-магнитного излучения на основе взаимодействия этих частиц с периодическим электрическим или (и) магнитным полем. Простейший Ондулятор представляет собой последовательность электрических конденсаторов, создающих знакопеременное поперечное по отношению к направлению поступательного движения частиц (оси Ондулятора) электрического поля. Движущаяся заряженная частица, попав в такое поле, совершает периодическое колебательно-поступательное движение, и её траектория имеет вид волнистой линии. Вместо конденсаторов могут использоваться постоянные магниты, формирующие кусочно-однородное магнитное поле, направление которого периодически изменяется вдоль оси Ондулятора. 

Применяются также спиральные Ондуляторы, состоящие из двух соосных соленоидов со встречным направлением токов. Пространственно-периодическое магнитное поле в таких Ондуляторов имеет вид нераспространяющейся (стоячей) поперечной циркулярно поляризованной волны. Заряженные частицы движутся по винтовым линиям вдоль оси спирального Ондулятора.

В Ондуляторе реализуется механизм тормозного излучения. Интенсивность излучения пропорциональна квадрату ускорения частицы. Из-за Доплера эффекта длина волны электро-магнитного излучения в направлении поступательного движения заряженных - пространств, период электрического или магнитного поля в Ондуляторе (обычно составляет несколько сантиметров), отношение кинетической энергии частицы к её энергии покоя. Если 1 (случай релятивистских заряженных частиц), то благодаря эффекту Доплера величина, тоесть частота излучения, во много раз превышает частоту поперечных колебаний.

В Ондуляторе легко реализовать условия, при которых существенна интерференция волн, излучаемых частицей с периодически повторяющихся участков траектории. Благодаря такой интерференции возможна генерация остронаправленного излучения (угловая расходимость 1/72) с высокой спектральной плотностью мощности в области характерных частот. Одним из преимуществ Ондулятора перед другими источниками электро-магнитного излучения является возможность плавной регулировки частоты излучения путём изменения величины отклоняющей силы и энергии частиц. Потери энергии заряженных частиц на излучение при однократном прохождении Ондулятора сравнительно невелики (эффективность генерации излучения мала).

Установка Ондулятора в прямолинейном участке циклического ускорителя заряженных частиц позволяет существенно повысить эффективность генерации за счёт многократного использования пучка. Другая возможность повышения интенсивности ондуляторного излучения связана с предварительной модуляцией пучка в последовательность сгустков (Группирование электронов) с продольными размерами порядка длины излучаемой волны. При этом частицы сгустка излучают когерентно и интенсивность излучения оказывается пропорциональной квадрату числа частиц в сгустке. Наибольшие возможности повышения эффективности генерации ондуляторного излучения связаны с реализацией режима вынужденного излучения в установках, называемых лазерами на свободных электронах.

Ондуляторы нашли широкое применение в лазерах на свободных электронах, в быстродействующих системах индикации протонных пучков высоких энергий, системах управления параметрами пучков заряженных частиц в ускорителях, ондуляторных группирователях пучков заряженных частиц, в масс-сепараторах химических элементов и их изотопов, масс-спектрометрах и других приборах.

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.