Электронный синхротрон
Cтраница 2
В электронном синхротроне электроны движутся по окружности постоянного радиуса R со скоростью, близкой к скорости света. Энергия электрона возрастает при прохождении ускоряющего промежутка в результате действия высокочастотного электрического поля. [16]
Она справедлива в том случае, когда излучение различных электронов циркулирующего пучка некогерентно. В крупнейших электронных синхротронах мощность излучения достигает 0 1 вт на 1 мка тока пучка. [17]
В настоящее время наряду с работами по развитию рентгеновской, ионной и электронной литографии предпринимаются шаги, направленные на более полное использование всех возможностей фотолитографии. В рентгеновской литографии источником излучения служит электронный синхротрон, который был создан для исследований в области ядерной физики. Совершенно иным подходом к решению проблемы размеров структур характеризуется созданная некоторое время назад так называемая технология вертикальных МОП-структур. Определение вертикальные означает, что направление канала МОП-транзистора, обычно расположенного в горизонтальной плоскости кристалла, в соответствии с этой технологией изменяется на вертикальное. [19]
В данном примере электроны должны начать двигаться по законам квантовой теор-ии благодаря флуктуа-ционному взаимодействию с реально излучаемыми фотонами. В настоящее время в лаборатории во Фраскати ( близ Рима) построены не только электронный синхротрон с энергией свыше 1 Бэв, но и первые накопители электронов и позитронов с энергией порядка 300 Мэв; эти частицы, двигаясь в магнитном поле по круговым траекториям, могут удерживаться около двух суток. В этих накопителях уже наблюдалось излучение отдельных электронов, что дает возможность проследить переход от движения по классическим законам к движению по квантовым. [20]
Отсутствие условия два к одному [ см. уравнение ( 191) ] дает возможность получить более высокую плотность потока направляющего поля, чем в бетатроне; при этом максимально достижимая конечная энергия частиц в электронном синхротроне составляет около 500 Мэв. [21]
Одним из замечательных свойств электромагнитного излучения вращающихся ультрарелятивистских частиц, масса которых во много раз превышает их массу покоя, является его непомерная спектральная ширина. Излучение содержит не только частоту самого вращения, но и чрезвычайно высокие гармоники, простираясь до оптического, ультрафиолетового и даже рентгеновского диапазона. Эта особенность электронных синхротронов, считавшаяся вначале простым курьезом и даже неудобством, приобрела недавно огромное значение, сделав их мощными и непрерывными источниками рентгеновского излучения. Дошло до того, что строятся электронные синхротроны, специально предназначенные для применения этого излучения в физике твердого тела, химии и биологии. [22]
Из уравнения (21.35) видно, что потери на излучение пропорциональны четвертой степени энергии частицы WQ, и поэтому при ускорении легких ионов могут быть достигнуты значительно большие энергии. Теоретические исследования [51, 162] показали, что такое устройство представляет практический интерес. Этот ускоритель сходен с электронным синхротроном; кольцевой магнит направляет частицы по круговой орбите. В одном или нескольких местах этой орбиты высокочастотное поле, синхронизованное с движением частицы, ускоряет частицы. Условия работы таковы, что вначале Wk мало по сравнению с т0с2, а в конце превышает его во много раз, так что vie постепенно возрастает от очень малых значений до единицы. Частота и магнитное поле должны соответствующим образом изменяться со временем, так чтобы ускорение происходило при постоянном радиусе орбиты. [23]
 |
Схематическая диаграмма спектроскопических методов с участием фотонов и электронов. [24] |
На рис. 8.1 представлена схема спектроскопического эксперимента такого типа. Случай фотон - 0 соответствует аннигиляции фотона при создании возбуждения, как при поглощении света твердым телом, обсуждавшемся в главе 6 для фотонов в видимой и инфракрасной областях. В вакуумном ультрафиолете ( Нш бэВ) обычные газоразрядные лампы не дают столь яркого излучения, как излучение, которое испускается электронами с траекториями, изогнутыми магнитным полем в электронном синхротроне или в накопительном кольце [8.5, 8.6], и называется синхротронным излучением. Это излучение, доступное в настоящее время в нескольких специальных центрах, простирается в виде сплошного спектра от инфракрасной области до рентгеновской. Верхний предел энергий ( до нескольких десятков кэВ) зависит от энергии испускаемых электронов и изгибающих магнитных полей. Излучение выходит в виде параллельного пучка и может быть линейно или циркулярно поляризованным. Эти уровни часто исследуются с помощью фотоэлектронной спектроскопии, которая будет обсуждаться ниже. [25]
Частота и угловое распределение излучения претерпевают очень сильные изменения при возрастании энергии электрона от нерелятивистской до ультрарелятивистской. Практически будут найдены три вида спектров. Для описания излучения электронов с малой энергией используются следующие термины: циклотронное излучение, гиротропное излучение и магнитотормозное излучение, тогда как для описания излучения электронов с ультрарелятивистскими энергиями пользуются, по традиции, термином синхротронное излучение, поскольку оно впервые наблюдалось в 1948 г. на электронных синхротронах. Здесь применяется термин циклотронное излучение независимо от величины энергии частицы. [26]
Одним из замечательных свойств электромагнитного излучения вращающихся ультрарелятивистских частиц, масса которых во много раз превышает их массу покоя, является его непомерная спектральная ширина. Излучение содержит не только частоту самого вращения, но и чрезвычайно высокие гармоники, простираясь до оптического, ультрафиолетового и даже рентгеновского диапазона. Эта особенность электронных синхротронов, считавшаяся вначале простым курьезом и даже неудобством, приобрела недавно огромное значение, сделав их мощными и непрерывными источниками рентгеновского излучения. Дошло до того, что строятся электронные синхротроны, специально предназначенные для применения этого излучения в физике твердого тела, химии и биологии. [27]
Для ускорения электронов синхротрон гораздо более экономичен по сравнению с бетатроном, так как не требует создания большого магнитного поля в центральной части тороидальной камеры, и поэтому стоимость магнита существенно ниже. Затем включается ВЧ-ускоряющее напряжение на резонаторе для дальнейшего ускорения синхротронным методом; при этом не требуется никакой частотной модуляции. В настоящее время эксплуатируется по меньшей мере 20 электронных синхротронов на максимальную энергию от 20 до 500 Мэв. [28]
Траектории электронов в магнитном поле, как правило, не прямые линии, а искривленные. Но электроны, движущиеся по искривленным траекториям, испытывают ускорение. Эти ускоряемые электроны излучают поляризованные электромагнитные волны главным образом в области радиочастот. Такое излучение от моноэнергетических электронов впервые наблюдалось в электронных синхротронах; отсюда и возникло название этого излучения. [29]
Поскольку игнитрон является вентилем, в этот момент разряд батареи прекращается. Однако после каждого цикла на батарее конденсаторов появляется некоторый заряд обратного знака. Этот заряд можно использовать в следующем цикле, если предварительно произвести подзарядку батареи до нужного напряжения с помощью высоковольтного выпрямителя, а затем для того, чтобы при новом разряде сохранилось прежнее направление тока в магните, изменить полярность на выходе батареи, используя специальную переключающую схему на игнитронах или механический переключатель. Типичные системы этого вида используются, например, в электронных синхротронах. [30]
Страницы: 1 2 3