Jump to content

Демпфирование излучения

Затухание излучения в физике ускорителей — явление, при котором бетатронные колебания и продольные колебания частицы затухают за счёт потерь энергии на синхротронное излучение . Его можно использовать для уменьшения эмиттанса пучка высокоскоростных заряженных частиц .

Двумя основными способами использования радиационного демпфирования для уменьшения эмиттанса пучка частиц являются использование ондуляторов и демпфирующих колец (часто содержащих ондуляторы), оба основаны на одном и том же принципе индукции синхротронного излучения для уменьшения импульса частиц с последующей заменой импульс только в желаемом направлении движения.

Демпфирующие кольца

[ редактировать ]

Поскольку частицы движутся по замкнутой орбите, боковое ускорение заставляет их излучать синхротронное излучение , тем самым уменьшая размер их векторов импульса (относительно расчетной орбиты) без изменения их ориентации ( игнорируя квантовые эффекты на данный момент ). В продольном направлении потеря импульса частиц из-за излучения заменяется ускоряющими секциями ( ВЧ-резонаторами ), которые устанавливаются на пути луча так, чтобы достигалось равновесие при расчетной энергии ускорителя. Поскольку в поперечном направлении этого не происходит, где эмиттанс пучка увеличивается только за счет квантования потерь излучения (квантовых эффектов), поперечный равновесный эмиттанс пучка частиц будет меньше при больших потерях на излучение по сравнению с малыми потерями на излучение. .

Поскольку высокая кривизна орбиты (малый радиус кривизны) увеличивает излучение синхротронного излучения, демпфирующие кольца часто имеют небольшие размеры. большего размера необходимы длинные пучки с множеством пучков частиц Если для заполнения накопительного кольца , демпфирующее кольцо можно удлинить длинными прямыми участками.

Ондуляторы и вигглеры

[ редактировать ]

Когда требуется более быстрое демпфирование, чем может быть обеспечено витками демпфирующего кольца, обычно добавляют ондуляторные или вигглерные магниты, чтобы вызвать больше синхротронного излучения. Это устройства с периодическими магнитными полями, которые заставляют частицы совершать поперечные колебания, что эквивалентно множеству небольших крутых поворотов. Они работают по тому же принципу, что и демпфирующие кольца, и эти колебания заставляют заряженные частицы испускать синхротронное излучение.

Преимущество множества маленьких витков ондулятора состоит в том, что конус синхротронного излучения направлен в одном направлении, вперед. Это легче экранировать, чем широкий веер, создаваемый большим витком.

Потери энергии

[ редактировать ]

Мощность, излучаемая заряженной частицей, определяется обобщением формулы Лармора, полученной Льенаром в 1898 году. [1] [2]

, где - скорость частицы, ускорение, e элементарный заряд , диэлектрическая проницаемость вакуума , фактор Лоренца и скорость света.

Примечание:

это импульс и это масса частицы.

Линак и РЧ-резонаторы

[ редактировать ]

В случае ускорения, параллельного продольной оси ( ), излучаемая мощность может быть рассчитана, как показано ниже

Подстановка в формулу Лармора дает

В случае ускорения, перпендикулярного продольной оси ( )

Подстановка в формулу Лармора дает ( Подсказка: коэффициент и использовать )

Использование магнитного поля, перпендикулярного скорости.


Использование радиуса кривизны и вставка в дает

Электрон

[ редактировать ]

Вот несколько полезных формул для расчета мощности, излучаемой электроном, ускоренным магнитным полем, перпендикулярным скорости и . [3]

где , – перпендикулярное магнитное поле, масса электрона.

Используя классический радиус электрона

где - радиус кривизны ,

также может быть получено из координат частиц (с использованием общей системы координат шестимерного фазового пространства x,x',y,y',s, ):

Примечание. Поперечное магнитное поле часто нормализуется с использованием жесткости магнита : [4]

Расширение поля (с использованием Laurent_series ): где – поперечное поле, выраженное в [T], напряженности мультипольного поля (косого и нормального), выраженные в , положение частицы и порядок мультиполя, k=0 для диполя, k=1 для квадруполя, k=2 для секступоля и т. д.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Фитцпатрик, Ричард. Классический электромагнетизм (PDF) . п. 299.
  2. ^ Уокер, РП Школа ускорителей ЦЕРН: Синхротронное излучение (PDF) .
  3. ^ http://www.slac.stanford.edu/pubs/slacreports/slac-r-121.html. Архивировано 11 мая 2015 г. в Wayback Machine. Физика электронных накопителей: введение Мэтта Сэндса.
  4. ^ Движение частиц в гамильтоновом формализме (PDF) . 2019.
[ редактировать ]


Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1d8a2b2bb217c78500531681b90a5598__1714281000
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1d/98/1d8a2b2bb217c78500531681b90a5598.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Radiation damping - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)