Устройство для вставки - Insertion device

Наклонное вставное устройство на Расширенный источник фотонов, Аргоннская национальная лаборатория.

An устройство вставки (ID) компонент в современном источники синхротронного света, так называемые, потому что они «вставлены» в дорожки ускорителя. Это периодические магнитные структуры, которые сильно стимулируют блестящий, направленный вперед синхротронное излучение излучение, заставляя накопленный пучок заряженных частиц совершать покачивания или волнообразные движения, когда они проходят через устройство. Это движение вызвано Сила Лоренца, и именно от этого колебательного движения мы получили названия для двух классов устройств, которые известны как вигглеры и ондуляторы. Помимо создания более яркого света, некоторые вставные устройства позволяют настраивать свет таким образом, чтобы можно было генерировать разные частоты для разных приложений.

История

Теория ондуляторов была разработана Виталий Гинзбург в СССР. Однако именно Моц и его команда в 1953 году установили первый ондулятор в линейном ускорителе в Стэнфорде, используя его для генерации излучения миллиметровых волн вплоть до видимого света.^[1]

Только в 1970-х годах ондуляторы были установлены в электронных накопителях для получения синхротронного излучения. Первыми учреждениями, принявшими эти устройства, были Физический институт им. П.Н. Лебедева в Москва, а Томский политехнический университет. Эти установки позволили более полно охарактеризовать поведение ондуляторов.

Ондуляторы стали практичными устройствами для вставки в синхротронные источники света только в 1981 году, когда команды из Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (LBNL), Стэнфордская лаборатория синхротронного излучения (SSRL), а в Институт ядерной физики им. Будкера (ИЯФ) в России разработаны постоянные магнитные решетки, известные как Массивы Хальбаха, что допускало короткие повторяющиеся периоды, недостижимые ни с электромагнитные катушки или же сверхпроводящие катушки.

Несмотря на схожую функцию, вигглеры использовались в кольца для хранения более десяти лет, прежде чем они использовались для генерации синхротронного излучения для лучи. У вигглеров есть демпфирование воздействие на накопительные кольца, что является функцией, которую они впервые применили в Кембриджском электронном ускорителе в Массачусетсе в 1966 году. Первым вигглером, использованным для генерации синхротронного излучения, был 7-полюсный вигглер, установленный в SSRL в 1979 году.

Начиная с этих первых введений количество ондуляторов и вигглеров в установки синхротронного излучения во всем мире распространились, и они являются одной из движущих технологий, лежащих в основе следующего поколения источников света, лазеры на свободных электронах.

Операция

Вставные устройства традиционно вставляются в прямые секции накопительных колец (отсюда и их название). В качестве хранимого пучка частиц обычно электроны, проходят через ИД переменное магнитное поле, испытываемое частицами, вызывает поперечные колебания их траектории. Ускорение, связанное с этим движением, стимулирует испускание синхротронного излучения.

Между вигглерами и ондуляторами очень мало механических различий, и критерий, обычно используемый для их различения, - это К-фактор. K-фактор - это безразмерная константа, определяемая как:

${\displaystyle K={\frac {qB\lambda _{u}}{2\pi \beta mc}}}$

куда q - заряд частицы, проходящей через ИД, B - пиковое магнитное поле ИД, ${\displaystyle \lambda _{u}}$ период идентификатора, ${\displaystyle \beta =v/c}$ относится к скорости или энергии частицы, м - масса ускоряемой частицы, а c это скорость света.

Считается, что вигглеры имеют K >> 1, а ондуляторы - K <1.

K-фактор определяет энергию генерируемого излучения, и в ситуациях, когда требуется определенный диапазон энергии, K-число может быть изменено путем изменения силы магнитного поля устройства. В устройствах с постоянными магнитами это обычно делается путем увеличения зазора между магнитными решетками. В электромагнитных устройствах магнитное поле изменяется путем изменения тока в катушках магнита.

В виглер период и сила магнитного поля не настроены на частоту излучения, производимого электронами. Таким образом, каждый электрон в сгустке излучает независимо, и в результате ширина полосы излучения широкий. Вигглер можно рассматривать как серию изгибающие магниты соединены вместе, и его интенсивность излучения зависит от количества магнитных полюсов в вигглере.

В ондулятор Источник излучения, создаваемого колеблющимися электронами, конструктивно вмешивается в движение других электронов, в результате чего спектр излучения имеет относительно узкую полосу пропускания. Интенсивность излучения масштабируется как ${\displaystyle N^{2}}$, куда ${\displaystyle N}$ - количество полюсов в магнитном массиве.

Рекомендации

1. Робинсон, Артур Л. "Буклет по рентгеновским данным: история синхротронного излучения". Получено 4 сентября 2011.