В. Н. КОРЧУГАНОВ1, С. И. ТОМИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Российский научный центр «Курчатовский институт», Москва
1. ДИФРАКЦИОННО-ОГРАНИЧЕННЫЙ ИСТОЧНИК
2. РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В КУРЧАТОВСКОМ
3. ЦЕНТРЕ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Дифракционное ограничение для заданной длины волны является фундаментальным ограничением на минимальные фазовые размеры источника фотонов и определяет значение достижимой яркости. Для получения дифракционного ограничения в рентгеновском диапазоне спектра необходимо, чтобы эмиттанс пучка был не более чем 10-11 м·рад, кроме того, жесткие требования предъявляются к излучателю фотонов – ондулятору. В данной работе рассмотрены: методы и возможности получения минимального эмиттанса электронного пучка в накопителе Сибирь-2, влияние вставных устройств на эмиттанс и динамику пучка, а также рассмотрены вопросы создания миниондулятора, как дифракционно-ограниченного источника рентгеновского излучения.
В настоящее время во всем мире в крупных научных центрах, сформированных вокруг уникальных научно-физических установок, происходит концентрация наиболее важных фундаментальных исследований и новейших разработок в области высоких технологий. Одними из таких уникальных исследовательских центров являются ускорители заряженных частиц для физики высоких энергий и специализированные ускорители-накопители электронов – источники синхротронного излучения (СИ). В России в Курчатовском центре синхротронного излучения (КЦСИ) на базе накопителя электронов Сибирь-2 создан специализированный источник синхротронного излучения [1,2].
Для источников СИ - наибольший интерес представляет высокая яркость фотонного пучка, то есть высокая плотность фотонов в фазовом пространстве. В свою очередь яркость зависит от поперечных фазовых объемов (эмиттансов) источника излучения, то есть зависит от произведения поперечных угловых и пространственных размеров пучка заряженных частиц. Чем меньше эмиттансы источника, тем выше яркость СИ. Необходимость уменьшения эмиттансов электронного (позитронного) пучка имеет смысл до тех пор, пока они не сравниваются с дифракционно-ограниченными эмиттансами (ДОЭ) фотонов. Величина ДОЭ для заданной длины волны является фундаментальным ограничением на минимальные фазовые размеры источника фотонов и определяет значение достижимой максимальной яркости.
Для получения дифракционно-ограниченного излучения в рентгеновском диапазоне спектра необходимо, чтобы пучок излучающих электронов имел эмиттанс на порядок меньше длины волны излучения, то есть не более чем 10-11 м-рад. В настоящее время к таким малым эмиттансам стремятся приблизиться на накопителях 3-его и 4-ого поколений. В нашем случае речь идет о получении ДОЭ в вертикальной плоскости, т. к. вертикальный эмиттанс электронного пучка в источниках СИ обычно на 1-2 порядка меньше горизонтального.
Эмиттансы пучка электронов определяются, главным образом, радиационным затуханием и возбуждением за счет квантовых флуктуаций излучения, диффузными процессами, связанными с внутрисгустковым рассеянием частиц друг на друге (эффект Тушека), турбулентными неустойчивостями. Они зависят от энергии заряженных частиц, оптических свойств магнитной структуры ускорителя и импедансов вакуумной камеры. В случае накопителя электронов Сибирь-2 в КЦСИиНТ задача состоит:
1. в исследовании оптических структур с целью минимизации горизонтального эмиттанса,
2. изучение влияния различных вставных устройств на эмиттанс и динамику пучка.
Кроме того, другим направлением работы связанным уже с излучателем фотонов является:
3. численное моделирование магнитных полей ондулятора на постоянных магнитах со сверхкоротким периодом 7 мм,
4. получение спектральных характеристик излучения с учетом результатов моделирования магнитного поля и реальных параметров электронного пучка.
Результатами данного исследования должны являться: обоснование модернизации оптической структуры для создания дифракционно-ограниченного источника рентгеновского излучения на базе накопителя Сибирь-2, определение параметров электронного пучка и выбор параметров ондулятора.
Список литературы
1. V. V.Anashin et al., Nucl. Instrum. Meth., A282, p.369-374,(1989).
2. D. Brekhov, V. Leonov, V. Korchuganov, M. Kovalchuk, “The accelerator complex work in Kurchatov Center of Synchrotron Radiation in 2006”, RuPAC 2006.
