Определение длины электронного сгустка на основе излучения Смита-Парселла

Ю. А. ПОПОВ, Д. В. КАРЛОВЕЦ, Г. А. НАУМЕНКО,

А. П. ПОТЫЛИЦЫН, Л. Г. СУХИХ, В. А. ЧА

Томский политехнический университет, Россия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЭЛЕКТРОННОГО СГУСТКА

НА ОСНОВЕ ИЗЛУЧЕНИЯ СМИТА-ПАРСЕЛЛА

В последние несколько лет существенно возрос интерес к когерентному излучению Смита-Парселла (ИСП). Это связанно, в том числе, и с возможностью невозмущающего контроля пучков заряженных частиц. Хорошо известно, что существует строгая зависимость длины волны ИСП от полярного угла наблюдения. С другой стороны, порог «когерентного обрезания» ИСП определяется длиной электронного сгустка. Таким образом, измеряя зависимость интенсивности излучения от полярного угла, можно восстановить длину электронного сгустка [1,2].

В работе [1] для получения зависимости интенсивности излучения от угла наблюдения использовалось большое количество детекторов, расположенных под разными углами относительно неподвижной мишени. Недостаток данного метода в его дороговизне, сложности калибровки всей системы детекторов и дискретности измерений. В работе [2] детектирующая система вращалась по полярному углу вокруг центра мишени. Измерения проводились на выведенном пучке в воздухе. Недостатком данного метода является громоздкость системы и сложность ее использования в вакууме.

Рис.1. Схема установки

В данной работе предполагается использовать систему, состоящую из двух детекторов, расположенных перпендикулярно направлению движения электронного сгустка с обеих сторон периодической мишени. Схематичное изображение предлагаемой установки показано на рис. 1. При вращении мишени эффективный период решетки изменяется, следовательно, линия когерентного излучения сдвигается. Причем для одного детектора в более мягкую, а для другого в более жесткую область спектра. Период решетки выбирается таким образом, чтобы длина волны ИСП для полярного угла 90° находилась в области порога когерентности. При вращении решетки интенсивности регистрируемого детекторами излучения будут различными и по их отношению можно восстановить длину электронного сгустка.

Были проведены теоретические расчеты для параметров электронного пучка и решетки, представленных в табл. 1.

Таблица 1. Параметры пучка и решетки
Параметр	Значение
Лоренц фактор	γ = 400
Число электронов в сгустке	Ne=1010
Число периодов решетки	N=15
Угол наблюдения	Θ = 900
Шаг решетки	d = 1мм
Ширина стрипов	d / 2
Импакт параметр	h = 2мм
Расстояние мишень - детектор	L = 1м

Результаты расчетов представлены на рис. 2.

Для регистрации излучения в миллиметровом диапазоне длин волн предполагается использовать два широкополосных (0,5-2 мм) детектора на основе низкобарьерных диодов Шоттки. Детекторы работают при комнатной температуре и не нуждаются в криогенном оборудовании. Другими преимуществами регистрации субмиллиметрового излучения с помощью таких детекторов является высокое временное разрешение (порядка единиц наносекунд) и хорошая чувствительность (порядка 2 В/мВт) [3]. Описанный способ определения длины электронного сгустка не содержит дорогостоящих элементов, является довольно простым и эффективным.

Рис. 2. Результаты моделирования ИСП при повороте мишени

Список литературы

1. G. Doucas et al., Phys. Rev. Spec. Topics – Acell. Beams 9, 092

2. B. N. Kalinin, D. V. Karlovets, A. S. Kostousov, G. A. Naumenko, A. P. Potylitsyn, G. A. Saruev, L. G. Sukhikh, “Comparison of Smith-Pursell radiation characteristics from gratings with different profiles” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 252, 1 (2006), 62-68.

3. www.