Radiativ dæmpning

Radiativ dæmpning er en reduktion i amplituden af tværgående betatronoscillationer af en ladet partikel i en cyklisk accelerator , såvel som i emittansen af en partikelstråle, forbundet med synkrotronstråling . Da intensiteten af synkrotronstråling afhænger meget stærkt af partiklens energi (~γ 4 ), er strålingsdæmpning vigtig for acceleratorer af lette ultrarelativistiske partikler (elektronsynkrotroner ), og er ikke afgørende for hadronmaskiner .

Forfaldsmekanisme

Udstråling af en ultrarelativistisk partikel i et tværgående magnetfelt sker i partiklens bevægelsesretning, i en smal kegle med en åbning på ~1/γ. Følgelig reduceres alle komponenter i partikelmomentet, både langsgående og tværgående, under stråling. Når den passerer gennem den accelererende resonator, genopbygger partiklen den energi, der er tabt til stråling, men da det elektriske felt er rettet langs stråleaksen, genoprettes kun den langsgående komponent af pulsen. Således falder partiklens tværgående momentum med hver omdrejning, tværvinklen y'=p y /p 0 (y = x,z) falder, og Courant-Snyder-invarianten , det vil sige rækkevidden af betatron-oscillationer.

Da energien U 0 udstrålet pr. omdrejning altid er meget mindre end partikelenergien E 0 , er strålingsdæmpningen relativt langsom. Dæmpningsreduktionen ζ afhænger af energien og af felterne af de magnetiske elementer, der er placeret i strålens kredsløb. Henfaldstider τ = 1/ζ kan beregnes som følger [1] :

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

hvor E 0 er elektronenergien, U 0 er energitabet pr. omdrejning, T 0 er stråleomdrejningsperioden, J x,z,E er de dimensionsløse dæmpningsdekrementer af tre frihedsgrader:

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

(Den sidste lighed kaldes Sum of Decrements Theorem .) De radiative integraler I 2,4 bestemmes af ringens fokuseringsstruktur.

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

Her er ρ den lokale krumning af kredsløbet, D er spredningsfunktionen, k 1 = G/Bρ er quadrupolkomponenten af magnetfeltet i bøjningsmagneten , G er feltgradienten, Bρ er den magnetiske stivhed .

Dæmpningsgrænse

En vigtig rolle i dæmpning spilles af kvantenaturen af synkrotronstråling. Udsving i strålingen af individuelle kvanter fører til opbygning af betatronoscillationer. Den endelige amplitude af oscillationer af en cirkulerende partikel bestemmes af balancen mellem dæmpnings- og rekylmekanismerne. Det skal bemærkes, at kvanteudsving kun exciterer langsgående ( synkrotron ) og tværgående vandrette svingninger, men ikke lodrette, hvis ringen er flad. Den lodrette ligevægtsstråleemittans bestemmes af koblingen af to tværgående oscillationstilstande. Som regel er koblingen lille, og i elektronsynkrotroner er strålen flad og langstrakt - den radiale størrelse er meget større end den lodrette, og den langsgående størrelse er større end de tværgående.

Dæmperinge

Lagerringe bruges til at producere intense elektron- og positronstråler med lav emittans . En del af partiklerne sprøjtes ind i lagerringen, dæmpning sker, hvorunder emittansen falder , og en del af ringens accept frigives til en ny portion. Uden dissipative kræfter, der giver dæmpning, er injektionen af en ny del uden at miste den forrige umulig på grund af Liouville-sætningen om bevarelse af fasevolumen .

For at reducere dæmpningstiden, og også nogle gange for at omfordele dæmpningsdekrementerne mellem de langsgående og radiale frihedsgrader, installeres der ofte udstrålende wigglere i dæmpningsringe - højfelts magnetiske elementer, der multiplicerer partiklens energitab til stråling.

Dæmpningsringe bruges i vid udstrækning både ved acceleratorkomplekser til eksperimenter i højenergifysik , til forberedelse af intense stråler til cykliske og lineære kollidere og til eksperimenter med en ekstraheret stråle og som kilder til synkrotronstråling . Da det er vigtigt for en SR -kilde at opnå en høj strålingslysstyrke, er det nødvendigt at minimere emittansen af elektronstrålen - strålingskilden. Til dette bruges specielle arrangementer af fokuseringselementer (Double Bend Achromat osv.). Imidlertid er den nedre emissionsgrænse forbundet med kvanteudsving af stråling blevet en grundlæggende hindring for at opnå ultralave emittanser, og de mest avancerede projekter af 4. generations SR-kilder er ikke længere baseret på synkrotroner, men på rekuperatoracceleratorer , hvor stråleemittansen dannes ikke af synkrotronstråling.

Se også

Noter

↑ Accelerator Physics of Linear Collider Damping Rings Arkiveret 6. marts 2016 på Wayback Machine , Andy Wolski, 2003.