Transcript ppt, 5.0 Mb
Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 РЕНТГЕНОВСКОЕ ДИФРАКЦИОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАРЕЛЯТИВИСТСКИХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ А.П. Потылицын, М.Н. Стриханов, А.А. Тищенко Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 ОБЩЕЕ О ДИФРАКЦИОННОМ ИЗЛУЧЕНИИ Рассеяние собственного поля движущейся заряженной частицы – дифракция кулоновского поля движущегося заряда – дифракционное излучение Динамическая поляризация вещества полем движущегося заряда поляризационное излучение h BDR e FDR И.М. Франк, S.J. Smith and H.M. Purcell, В.Л. Гинзбург, Б.М. Болотовский, В.П. Шестопалов, М.Л. Тер-Микаелян Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 ОБЩЕЕ О ДИФРАКЦИОННОМ ИЗЛУЧЕНИИ Область применимости : - невозмущающая диагностика сгустков заряженных частиц - источник излучения электромагнитных волн в разных диапазонах e 800 rb. u Intensity (a nits) a 600 400 0 y 4 200 2 0 2 0 0 y ODR -2 x -2 -4 -4 Диагностика с помощью ДИ используется сегодня на KEK ATF (Japan), FLASH (Germany), Cornell (USA); создается машина по диагностике по ДИ на SLS (Switzerland); на SLAC (USA) использовалась диагностика на ИСП. Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 ОБЩЕЕ О ДИФРАКЦИОННОМ ИЗЛУЧЕНИИ Эффект Смита-Парселла - невозмущающая диагностика сгустков заряженных частиц - источник излучения электромагнитных волн в разных диапазонах n d 1 cos n Спектры излучения Смита-Парселла, генерируемые пучком электронов с энергией 20 кэВ (светлые кружки) и 22,5 кэВ (прямоугольники). Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 ОСОБЕННОСТИ ДИ В РЕНТГЕНЕ Структура собственного поля движущегося заряда – характерный пространственный размер и частота отсечки 1 E c 3 c h, h c p c p , h c p Оптические схемы диагностики основанные на использовании переходного и дифракционного излучений, ограничены: длина волны порядка поперечных размеров сгустка. Для невозмущающей диагностики сгустков с субмикронной точностью нужна теория жесткого ДИ и ИСП! Мы развиваем теорию жесткого ДИ, имея ввиду использование его на CLIC (CERN, Compact Multi‐TeV Linear Collider). A.P. Potylitsyn, M.I. Ryazanov, M.N. Strikhanov, A.A. Tishchenko, Diffraction Radiation from Relativistic Particles, Springer, 2010 P. Karataev, T. Lefevre et al, UV/X-ray Diffraction Radiation for Nonintercepting Micron-Scale Beam Size Measurement, RREPS-2011, London Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Спектрально-угловое распределение ДИ I 10 5 d2 W d TR b 2мм b 0.5 мм b 0.2 мм DR 20 , 10 5 5 25 , d 4 15 3 10 2 5 1 b 70 мкм эВ 2 4 6 8 100 10 Угловое распределение интенсивности переходного и дифракционного излучения вперед для мишени из бериллия 8 10 4 h 30 m 200 300 400 500 Зависимость спектра дифракционного излучения от ширины мишени. p 4.11016 c1 p 26.1 eV Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Жесткое ДИ вблизи линий поглощения 1 2 2 2 sin 2 d 2W n, 2h 2 2 2 2 exp 1 sin 2 2 2 d d 1 sin c 2 1 i p2 2 0 a 2 a 1 exp i 2 exp 2c 2c 2 2 2 2 2 2 2 d2 W d d 5 4 3 2 1 20 ДИ 0, 1 ВЧ 2 , 2 40 60 80 100 120 , мрад Угловое распределение ДИ электронов с энергией 5 ГэВ от углеродной мишени 284 eV Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Жесткое ДИ от периодических мишеней PDR и PXR, кристаллическая мишень 30000 25000 20000 IPDR 10 9rad 2 IPXR 10 9rad 2 105 15000 10000 5000 ,rad 2.35605 2.35615 2.3562 2.35625 2.3563 2.35635 Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Смита-Парселла J.C. McDaniel, D.B. Chang, J.E. Drummond, W.W. Salisbury, Smith-Purcell radiation in the high conductivity and plasma frequency limits, Applied Optics 28, 4924 (1989). непрозрачный экран?? M.J. Moran, X-ray generation by the Smith-Purcell effect, Phys. Rev. Lett. 69, 2523 (1992). E z V a b rad 1 but h exp , at 1 h ?? c Ультрафиолетовое и рентгеновское дифракционное излучение: основы теории построены в A.A. Tishchenko, A.P. Potylitsyn, M.N. Strikhanov, Phys. Rev. E 70, 066501 (2004); Phys. Lett. A 359, 509 (2006). Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 v z h x … b N a I SPR e n, c 2 v y k y 2 2 2 2 0 k c y v x vk , vx v y k y A e x k y e y v v 2 vx 2 d y 2 2 2 p 2 2 2 2 1 n A An z sin a 2 exp 2h Fb FN 2 2 2 2 c k 1 nv c z 2 2 Fb b, 1 2exp b cos bkz exp 2b Nd vk sin 2 2 v vk x N 1 FN 2 N d 2 m vx m 2 d vk sin 2 vx Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Характерные черты УФ и рентгеновского излучения Смита-Парселла d 2 E n, 1 d d 1 cos 2 2h d exp 1 cos 2 m c v m Существует две характерных частоты и соотношение Смита-Парселла: c c h c p cos 1 m d Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Характерные черты УФ и рентгеновского излучения Смита-Парселла d 2E 105 d ( )d Зависимость спектральноугловой плотности излученной энергии от частоты при разных значениях высоты и числа пластин ,c 1 Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Эффекты когерентности в рентгеновском дифракционном излучении dWN n, dW1 n, FN d d d d dW1 n, 1 d d v FN где v 2 ce2 4 2 Nd sin 2 2 2 2 2 h k cos sin 2 2 2 cos a c e 2 d 1 2 sin 2 sin 2 2 2 c 2 16 v 4 2 M I1 r0 M M 1 2 2 4 sin 2 l I12 r0 r0 c r0 l 2v c k k c n k cos v2 2 1 2 v c c 2 2 2 Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Эффекты когерентности в рентгеновском дифракционном излучении Когерентный фактор FN c 2 16 v4 2 2 2 M I1 r0 M M 1 2 2 4 sin l I1 r0 r0 c r0 l 2v c F' 10 20 . 14 12 10 8 6 4 2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 ,sm СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! ACCELERATOR TEST FACILITY AT KEK Extraction Line 27.6m 50.4m 1.28 GeV Damping ring L0 L1 L2 L3 L4 Lec1 L5 L6 L7 L8 L9 L10 L11 L12 Lec2 L13 L14 L15 L16 1.28GeV S-band LINAC 120m Electron beam parameters Maximum energy Beam emittance Vertical 1.28 GeV ( = 2500) (1.5 0.25) 10-11 m rad Horisontal (1.4 0.3) 10-9 m rad Vertical beam size (near the ODR target) Horizontal beam size (near the ODR target) Bunch length Single-bunch population (max) Energy spread y < 10 x < 100 ~ 8 mm 2 1010 0.08% CORNELL ELECTRON SYNCHROTRON RADIATION TEST ACCELERATOR CESRTA Layout of the CESRTA experimental region in the L3 straight Parameter Energy Emittance (x / y) Minimal beam sizes (x / y) Energy spread Beam jitter requested (x / y) Bunch population Value 2 – 5 GeV 2.6 nm / 20 pm 50 um / 1 um 8.4 10-4 25 um / 2.2 um 3 10 10 КОМПАКТНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ КОЛЛАЙДЕР (CLIC, COMPACT LINEAR COLLIDER, ) Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Некоторые замечания о прямом и обратном переходном излучении 2 1 E full p n y 1 1 3 V ETRmax r, 1 1 sin 2 cos 2 " " ПИ вперед, x max EFTR r, " " обратное ПИ 1 2 p2 2 2 max EBTR 1 4 cos 2 , наклонное падение (не скользящее) 1 1 1 1 2 , скользящее падение 1 2 p 2 2 p 2 4 cos 2 2 4 2 A.A. Tishchenko, M.N. Strikhanov, A.P. Potylitsyn, NIMB 227, 63 (2005). C. Couillaud, NIMA 495, 171 (2002). М.И. Рязанов, Письма в ЖЭТФ 39, 569 (1984). Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 act j r, 1 E r, 4 i e i k r k 0 vac E c ie q v c2 q, 2 2 2 2 qv 2 q c n L. Durand, Phys. Rev. D 11, 89 (1975). E r, r i exp ikr i r c 2 is ni ns d 3 r exp i kr js r, V act E r, E r, 0 vac Это грубое приближение, или нет? Нет! 2 q v c ie 1 E0m q, 2 qv 2 2 2 2 q c Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 4 H r, k H r, j0 r, j r, c 2 4 H 0 r, k H 0 r, j0 r, H H H0 c 4 H r, k 2 H r, j r, k 2 1 H 0 r , 2 c В однородных средах H r, k 2 H r, i 1 1 1 E0 r, c М.И. Рязанов, М.Н. Стриханов, А.А. Тищенко, ЖЭТФ 99, 311 (2004). A.P. Potylitsyn, M.I. Ryazanov, M.N. Strikhanov, A.A. Tishchenko, Diffraction Radiation from Relativistic Particles, Springer, 2010 произвольна …+ принцип взаимности - Д.В. Карловец, А.П. Потылицын, Письма в ЖЭТФ (2009). Секция ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ноябрь 2011 Эффекты когерентности в рентгеновском дифракционном излучении Спектрально-угловая плотность распределения излучения N 100 3.1p . h 3 103 sm M 1018 r02l 105 p 4.11016 s-1