Säteilyvaimennus

Säteilyvaimennus on syklisessä kiihdyttimessä olevan varautuneen hiukkasen poikittaissuuntaisten betatronvärähtelyjen amplitudin sekä hiukkassäteen emittanssin pieneneminen , joka liittyy synkrotronisäteilyyn . Koska synkrotronisäteilyn intensiteetti riippuu erittäin voimakkaasti hiukkasen energiasta (~γ 4 ), säteilyvaimennus on tärkeä valon ultrarelativististen hiukkasten kiihdyttimille (elektronisynkrotronit ), eikä se ole välttämätön hadronikoneiden kannalta.

Vaimenemismekanismi

Ultrarelativistisen hiukkasen säteily poikittaismagneettikentässä tapahtuu hiukkasen liikkeen suunnassa, kapeassa kartiossa, jonka aukko on ~1/γ. Vastaavasti säteilyn aikana hiukkasen liikemäärän kaikki komponentit, sekä pitkittäis- että poikittaissuuntaiset, pienenevät. Kulkiessaan kiihdytysresonaattorin läpi hiukkanen täydentää säteilylle menetettyä energiaa, mutta koska sähkökenttä on suunnattu säteen akselia pitkin, vain pulssin pitkittäiskomponentti palautuu. Siten hiukkasen poikittaisliikemäärä pienenee jokaisen kierroksen myötä, poikittaiskulma y'=p y /p 0 (y = x,z) pienenee ja Courant-Snyderin invariantti eli betatronin värähtelyalue.

Koska säteilevä energia U 0 per kierros on aina paljon pienempi kuin hiukkasenergia E 0 , säteilyvaimennus on suhteellisen hidasta. Vaimennusvähennys ζ riippuu energiasta ja säteen kiertoradalla sijaitsevien magneettisten elementtien kentistä. Vaimenemisajat τ = 1/ζ voidaan laskea seuraavasti [1] :

$\tau _{x}=2{\frac {E_{0}}{J_{x}U_{0}}}T_{0}$ ... _ _
$\tau _{z}=2{\frac {E_{0}}{U_{0}}}T_{0}$
$\tau _{s}=2{\frac {E_{0}}{J_{E}U_{0}}}T_{0}$

missä E 0 on elektronin energia, U 0 on energiahäviö kierrosta kohden, T 0 on säteen kierrosjakso, J x, z, E ovat kolmen vapausasteen dimensioimattomat vaimennusvähennykset:

$J_{E}=2+I_{4}/I_{2}$ , , .
${\displaystyle J_{x}=1-I_{4}/I_{2))$
$J_{x}+J_{z}+J_{E}=4$

(Viimeistä yhtälöä kutsutaan laskujen summalauseeksi .) Säteilyintegraalit I 2,4 määräytyvät renkaan fokusointirakenteen mukaan.

${\displaystyle I_{2}=\oint {{\frac {1}{\rho (s)))ds))$ , .
$I_{4}=\oint {{\frac {D(s)}{\rho (s)))\left({\frac {1}{\rho (s)^{2))}+ 2k_{1}(s)\oikea)}$

Tässä ρ on kiertoradan paikallinen kaarevuus, D on dispersiofunktio, k 1 = G/Bρ on taivutusmagneetin magneettikentän kvadrupolikomponentti , G on kentän gradientti, Bρ on magneettinen jäykkyys .

Vaimennusraja

Tärkeä rooli vaimennuksessa on synkrotronisäteilyn kvanttiluonteella. Yksittäisten kvanttien säteilyn vaihtelut johtavat betatronin värähtelyjen kertymiseen. Kiertävän hiukkasen värähtelyjen lopullinen amplitudi määräytyy vaimennus- ja rekyylimekanismien välisestä tasapainosta. On huomattava, että kvanttivaihtelut herättävät vain pitkittäisiä ( synkrotroni ) ja poikittaissuuntaisia vaakavärähtelyjä, mutta eivät pystysuuntaisia, jos rengas on litteä. Tasapainon pystysäteen emittanssi määräytyy kahden poikittaisvärähtelymuodon kytkennällä. Kytkentä on yleensä pieni, ja elektronisynkrotroneissa säde on litteä ja pitkänomainen - säteen koko on paljon suurempi kuin pystysuora ja pitkittäinen koko on suurempi kuin poikittaissuuntainen.

Vaimennusrenkaat

Varastorenkaita käytetään tuottamaan voimakkaita elektroni - ja positronisäteitä alhaisella emittanssilla . Osa hiukkasista ruiskutetaan varastorenkaaseen, tapahtuu vaimennus, jonka aikana emittanssi laskee ja osa renkaan hyväksynnästä vapautuu uudelle osuudelle. Ilman vaimennusta aikaansaavia dissipatiivisia voimia uuden osan ruiskuttaminen menettämättä edellistä on mahdotonta Liouvillen lauseen vuoksi faasitilavuuden säilymisestä .

Vaimennusajan lyhentämiseksi ja joskus myös vaimennusvähennysten jakamiseksi uudelleen pitkittäisen ja säteittäisen vapausasteen välillä, vaimennusrenkaisiin asennetaan usein säteileviä heilureita - korkeakentän magneettisia elementtejä, jotka moninkertaistavat hiukkasen energiahäviön säteilyä varten.

Vaimennusrenkaita käytetään laajalti sekä kiihdytyskomplekseissa korkean energian fysiikan kokeissa , intensiivisten säteiden valmistuksessa syklisille ja lineaarisille törmäyskoneille ja kokeissa erotetulla säteellä sekä synkrotronisäteilyn lähteinä . Koska on tärkeää, että SR -lähde saa aikaan korkean säteilyn kirkkauden, on välttämätöntä minimoida elektronisäteen - säteilylähteen - emittanssi. Tätä varten käytetään erityisiä tarkennuselementtien järjestelyjä (Double Bend Achromat jne.). Säteilyn kvanttivaihteluihin liittyvästä alemmasta emittanssirajasta on kuitenkin tullut perustava este ultramatalien emittanssien saavuttamiselle, ja 4. sukupolven SR-lähteiden edistyneimmät projektit eivät enää perustu synkrotroniin, vaan rekuperaattorikiihdyttimiin , joissa säteen emittanssi ei muodostu synkrotronisäteilystä.

Katso myös

Muistiinpanot

↑ The Accelerator Physics of Linear Collider Damping Rings Arkistoitu 6. maaliskuuta 2016 Wayback Machinessa , Andy Wolski, 2003.

Linkit

Vaimennusrenkaiden fysiikka , Kai Hock, 2008.
Lineaaristen törmäyslaitteiden vaimennusrenkaiden kiihdytinfysiikka , Andy Wolski, 2003.
Johdatus ILC-vaimennusrenkaisiin , Andy Wolski, 2009.