Физическая энциклопедия - ондуляторное излучение

электромагнитное излучение, испускаемое ускоренными заряж. ч-цами в ондуляторах; излучение равномерно и прямолинейно движущегося осциллятора. Различные типы источников О. и., состоящих из ускорителя или накопителя ч-ц (чаще эл-нов) и ондулятора, могут испускать спонтанное некогерентное, спонтанное когерентное и индуцированное О. и. Скорость ч-цы в ондуляторе можно представить в виде суммы скоростей: постоянной vп и периодической переменной Dv(t+T)=Dv(t) (T период колебаний ч-цы в ондуляторе, t время). Одиночная ускоренная ч-ца, пройдя через ондулятор, испускает цуг эл.

-магн. волн, длительность к-рого Dt зависит от угла q между vп и направлением наблюдения. На расстояниях R->Kl0 (l0 длина периода траектории ч-цы в ондуляторе, К число периодов) Dt=(Kl0/cbп))1-bпcosq), (1) где bп=vп/с. Испущенный ч-цей цуг содержит К периодов, и, следовательно, круговая частота осн. гармоники О. и. w1=2pK/Dt. В общем случае цуги волн О. и. на интервале Dt не явл.

гармоническими и излучение происходит на неск. гармониках, кратных основной. Частоты wk k-той гармоники определяются в соответствии с Доплера эффектом ф-лой: wk=kW/(1-bпcosq), (2) где W=2pяbпс/l0 частота колебаний ч-цы в ондуляторе. При q=0 частоты О. и. максимальны. Вследствие конечной длительности цугов, О. и., испускаемое ч-цей в нек-ром направлении, распределено в интервале частот Dwk.

, к-рый определяет естеств. ширину линии wk: Dwk/wk»1/kK. (3) При K->1 О. и., наблюдаемое под заданным углом 6, монохроматично и имеет частоту, соответствующую (2). Осн. часть энергии, испускаемой релятив. ч-цей, сосредоточена вблизи направления её мгнов. скорости v в узком диапазоне углов где ? энергия ч-цы, m её масса, b v/c; g наз. релятив. фактором ч-цы. Вектор v изменяет своё направление относительно vп в нек-ром диапазоне углов Да. Если Da1/g О. и. испускается в больший диапазон углов: Dq>Da. В направлении наблюдения (определяемом единичным вектором n) излучение испускается эффективно только в том случае, когда угол между n и v не превышает 1/g.

При этом число гармоник О. п. резко возрастает, что приводит к уширению его спектра и сдвигу в более коротковолновую (жёсткую) область. При Da->1/g спектр О. и. становится близким к спектру синхротронного излучения. Величина спектр. плотности потока энергии О. и., испускаемого ч-цей в направлении vп, достигает макс. значения при Da»1/g (условие оптим.

генерации). Хар-ки О. и. пучка ч-ц зависят от угл. и энергетич. разброса ч-ц, размеров и формы пучка, а также от вида О. и. Фазы эл.-магн. волн. испускаемых разл. ч-цами пучка, для спонтанного некогерентного О. и. явл. случайными ф-циями времени, для спонтанного когерентного они скоррелированы между собой, а для индуцированного О. и.скоррелированы между собой, а также и с фазой усиливаемой волны. Степенью фазовых корреляций (синфазностью) О. и. отд. ч-ц пучка в значит. степени определяются интенсивность, направленность, монохроматичность и степень поляризации О. и. В источниках спонтанного некогерентного О. и. ч-цы пучка излучают независимо друг от друга. Интенсивность излучения такого пучка пропорц.

его току г. В условиях оптим. генерации поток dnф/dt эквивалентных фотонов О. и. (поток полной, т. е. усреднённой по углам, энергии фотонов, делённый на макс. энергию одного фотона), испускаемых эл-нами в ондуляторах с поперечными гармонич. полями, равен dnф/dt»aKi/e, (5) где a=е2/С›с»1/137, е заряд эл-на. В этих условиях при K=102 один эл-н, пройдя через ондулятор, испускает один фотон; пучок эл-нов с i=0,1 А создаёт поток dnф/dt=4•1017 фотонов в с. Для l0=3 см макс. энергия фотонов при этом составляет ок. 300 эВ, если ?=1 ГэВ, и ок. 30 кэВ при ?=10 ГэВ. Источники О. и. с такими параметрами целесообразно создавать на основе синхротронов и накопителей эл-нов, в прямолинейных промежутках к-рых устанавливаются ондуляторы.

В этом случае достигается высокая эффективность источников за счёт многократного прохождения ч-ц через ондулятор: эл-ны, потеряв энергию на излучение, восстанавливают её при движении в ускоряющей системе синхротрона (накопителя) и затем вновь попадают в ондулятор происходит т. н. рекуперация энергии. Спонтанное О. и. может применяться в тех же областях исследований, что и синхротронное излучение: в рентг.

микроскопии, рентг. структурном анализе, ат. и мол. спектроскопии, спектроскопии кристаллов, рентг. литографии, медицине и др. По сравнению с синхротронным излучением оно обладает более высокими интенсивностью, направленностью, степенью монохроматичности и поляризации. В рассмотренных источниках длина периода траектории ч-цы в ондуляторе l0?1 см, т.

к. она должна быть больше его апертуры, определяемой поперечными размерами пучка (?1 мм). Более жёсткое излучение (энергия квантов С›w11макс»?) при меньшей эффективности генерации можно получить, используя ондуляторы, в к-рых l0 .