gyors elektronokat
A legmagasabb tudományos díjat tartozik oda Prof. NA Vinokourov (Atomfizikai Intézet Budker.) Mert az ő eredményeket ért el a fejlődés és az új szabad elektron lézerek - erőteljes forrásai a koherens sugárzás.
Szabad elektron lézer (FEL) olyan eszköz, amely átalakítja energiát elektromágneses sugárzás mozgó elektronok közel a fény sebessége. A fő különbség a többi lézerek - a lehetőséget, hogy egy monokromatikus sugárzás példátlanul széles hullámhosszon tartományban (1 nm-0,1 mm) és egy viszonylag gyors kiigazítás egyik hullámhosszon a másikba.
Szabad elektron lézerek - erőteljes forrásai a koherens sugárzás által termelt mozgás töltött részecskék periodikus mágneses mező és közel van a szinkrotron sugárzás. A fő alkalmazási területe az ilyen rendszerek - kutatás területén anyagok tudomány, a kémia, krisztallográfia, szilárdtest fizika, molekuláris biológia.
Készülék átalakítására az elektronok energiáját mozgó, közel a fény sebessége, az energia az elektromágneses sugárzás nevezzük szabad elektron lézer (FEL).
Elismert előnye ez a készülék, kioldja azokat más lézerek, a lehetőséget, hogy egy monokromatikus sugárzást bármely hullámhosszon a példátlanul széles választékát kínálja 0,1 nm-1 mm. Ebben az esetben egy viszonylag gyors átalakítása a lézer az egyik hullámhosszúságú másik tartományban akár több tíz százalékkal.
fényerősítő
Még 1947-ben, a szovjet fizikus V. L. Ginzburg alkalmazását javasolta időszakos területen, hogy fokozza a kibocsátási intenzitással gyors töltött részecskék és számított paraméterek ilyen sugárzás. Később létrehozott egy eszköz, úgy nevezett undulátor. ami egy periodikus mágneses mező szervezni egy speciális mozgás az elektronok mentén hullámzó pálya hosszanti tengelye mentén a műszer. A kapott amplifikációs az elektromágneses sugárzás a lényege a munka FEL, és az erő az elektromágneses sugárzás maga a szabad elektron lézer.
Ez a név lehet azzal a ténnyel magyarázható, hogy más típusú lézerek használt elektron sugárzással kapcsolatos annak atom vagy félvezető lézerek - a kristály. Azonban a FEL elektronok nem teljesen szabad, hiszen kényszermunkára rezgések undulátor. A művelet bármely lézeres alapul a jelenség a stimulált emisszió okozta a megfelelő időzítés külön sugárzók (elektronok, atomok, molekulák) a külső amplifikált hullám. A FEL szinkronizálás miatt előfordul, hogy a hosszanti csomósodás.
Sajnos, a hatékonysága a elektronikus FEL (részesedése elektron energia alakul át az elektromágneses sugárzási energia) nagyon alacsony - kevesebb, mint 1%. Ez annak köszönhető, éppen az, hogy a veszteséget a szinkronizmusból feltételek lassú elektronok a gerenda.
HOGYAN FEL felerősítik fény
Képzeljük el, hogy a undulátor tartalmaz egy monokromatikus elektromágneses hullám hossza λ és egy gerendát gyors elektronok, egyenletesen elosztott hosszanti tengelye mentén a műszer és a mozgó v sebességgel, majdnem egyenlő a fény sebessége.
Minden elektron mozog a undulátor mentén hullámzó pálya. Az erős (rezonancia) az elektron és az elektromágneses hullám kölcsönhatás szükséges annak biztosítása, hogy a feltételek a szinkronban a folyosón egy periódusának az elektron röppálya lépést tartani a hullám pontosan a hossza lambda (mert a hatalmas sebesség lambda értéke nagyon alacsony).
Ha az elektron energia és hullámhossza olyan, hogy a fázis megfelelő feltétel teljesül, akkor van egy újraelosztását a részecske energia.
Először is, az átlagos elektron energia nem változik, de a modulációs bekövetkezik, és a gerenda van osztva rétegek lambda / 2 vastag, váltakozó jele az energia eltérés a kezdeti érték.
Azonban részecskék alacsonyabb energia repülő lassabb, és több - gyorsabb. Ennek eredményeként, a „gyors” rétegek fogása „lassú”, ami az elektronsűrűség moduláció időtartamra kb λ.
A második felében a undulátor ismétlődik ugyanaz: a gyorsítási és lassítási a váltakozó rétegek, de most az energia elveszíti rétegek sűrűsége nagyobb, a részecskék, és megszerezni rétegek - kevesebb. Az átlagos energia az elektronok és esések összhangban a törvény az energiamegmaradás egy elektromágneses hullám ereje növekszik. Ez az út FEL felerősíti az elektromágneses sugárzás, energia felhasználásával gyors elektronok
Ciklikus takarmány sugárzás az erősítő kimenet a bemenetére vezethet önálló gerjesztés az erősítő, átalakítva azt a generátort. Ebben az esetben egy FEL erősítőt alakítunk át egy generátort keresztül egy optikai rezonátor - két tükröt mindkét oldalán elhelyezett, a undulátor hogy hosszanti tengelye körül. Elektromágneses hullám között kering a tükrök, erősítő mindegyik át a undulátor (a diffrakciós divergencia sugárzás kompenzáció homorú tükrök gyakran).
A növekedés a sugárzás intenzitása a generátor, azonban megvannak a korlátai miatt, például, majdnem teljes csoportosítása elektronok a második felében a undulátor.
tanulás eszköze
Az Atomfizikai Intézet SB RAS létrehozását részecskegyorsító egyik alapvető és hagyományos tantárgyak, így komoly érdeklődést a fejlesztés FEL jelenlétében erős bázis érthető.
Munka létrehozása szabad elektron lézerek indult az intézet 1977-től, amikor A. N. Skrinsky és NA Vinokurov egy módosítását FEL (optikai klisztron), jelentősen növeli a nyereséget az eszköz, mint a klasszikus rendszer. A fejlődő új szabad elektron lézer a INP először a világon szerzett egy állandó mágnes undulátor állítható amplitúdó a mágneses mező megváltoztatásával az üzemi rés, és ott undulátor hibrid állandó mágnes néhány évvel később. Mint változtatható hézagot és undulátor hibrid tervezési váltak elfogadott és alkalmazott valamennyi forrására szinkrotron sugárzás.
Megvalósult 1988 g. Eredetin undulátor szerkezet nagy hosszúságú optikai klisztron a VEPP-3 bizonyult olyan sikeresnek bizonyult, hogy ismételten később használják különböző hazai és külföldi növények, és lehetővé tette számunkra, hogy a sugárzás rekord rövid (FEL) Hullámhossz 0,24 mikron az ultraibolya tartományban, és szokatlanul keskeny (10 -6) spektrumot. Mellesleg, ez a rekord tartott több mint 10 éve.
Egy jó munka FEL igényel nagy energiájú elektronsugár kis keresztirányú méretei és kis sebességgel terjedt. Ilyen gerendák foghatók csak elektrongyorsítók, amelyek a leginkább nehéz és költséges része a teljes telepítés FEL. A méretei a modern elektron gyorsító lehet több száz méter, és a teljesítmény - tíz megawatt. Az alacsony hatásfok elektronikus FEL kívánatos a hulladékok hasznosítása energiájú elektronok a gyorsuló rendszerben. A készülékek kétféle gyorsítók használata a LSE.
Egyikük széles körben használják a tudományos alapkutatás, elektromos hajtás. amelyben elektronok mentén mozognak vice-ostor path (pályára). Az elektron maradhat tároló több órán át (élettartam korlátozott szórási a molekulák által, a maradék gáz, amely mindig a vákuum gyűjtőkamra). Az ilyen gyorsítókat kísérletekben felhasznált az elemi részecske fizika és generálására röntgensugarakat.
Ha elektronnyaláb hajtás, ki adta energia egy részét a undulátor FEL átnyúlik rotációs gyorsító mágnesek és visszatér a FEL újrafelhasználásra. Mivel a kölcsönhatás a sugárzást a undulátor egyes részecskék gyorsítása, és mások - lelassult, egyes átmennek a FEL növekedéséhez vezet energetiche-ég scatter elektronsugaras. Bár az átlagos veszteség az energia kibocsátó elektronok kompenzálja nagyfrekvenciás (RF) rezonátort egy hosszanti elektromos tér, az energia-terjedését a részecskék korlátozza az átlagos teljesítmény FEL sugárzás alapján meghajtó több watt.
Ahhoz, hogy növelje az erejét FEL sugárzás 1978 A. N. Skrinsky és NA Vinokurov javasolta, hogy használják az úgynevezett gyorsító-rekuperátor (SD). Segítségével ez elektronsugár gyorsító pár egymással szemben HF-rezonátor, egy részét az energia a undulátor FEL majd lassult ugyanazon az RF rezonátorok, visszatérő a fordított energia által a gyorsulása. Alkalmazása SD-tápközegben lehetővé teszi nagy elektron áramokat és lényegesen csökkenti sugárveszély telepítést.
Modern szabad elektron lézerek segítségével SD generál sugárzás átlagos teljesítménye több mint 10 kW. Elméletileg megalapozott lehetősége az ilyen rendszerek használatával a sugárzás átlagos teljesítménye több mint 100 kW
A legfontosabb lépés a fejlesztés FEL Novoszibirszkben Akademgorodok megszervezése volt a szibériai Központ Photochemical Kutató Intézetében kémiai kinetika és égés SB RAS, amely a kilencvenes évek elején vezette akadémikus N. Mo-lin.
FUTURE nem emlékszik
Mivel a nagy emissziós fényerejét undulátor a hosszú elektronikus VEPP-3 hordoznak egyedi kísérletsorozat hatásának tanulmányozására a kvantum ingadozások a mozgás a keringő elektron tárológyűrű. Kimutatták, hogy ez a mozgás, például, ha ez okozta véletlenszerű erő, és hasonló a Brown-mozgás a kis részecskéket egy folyékony. Azonban az oka ezeknek a balesetek drasztikusan eltérő folyamatokat.
A pályáját a Brown-mozgás nem valóban véletlenszerű, mert a tudás a kezdeti sebességeket, a folyadék molekulák elvileg számított és a mozgás a molekulák maguk, és a részecskék mozgását a ütéseket. „Random” Brown mozgás kapcsolatos tudatlanságunk mikroszkopikus paramétereit a rendszer. Abban az esetben, elektron mozgás kiszámításához szükséges a paraméter ismert, de alapvetően kiszámíthatatlan mozgását az elektron ebben az esetben.
A kísérletek nyújtanak egyike azon kevés példa a valóban véletlenszerű folyamat, amely különösen bizonyítja az alapvető kiszámíthatatlanság a jövőben, azt bizonyítja, hogy „Isten játszik kocka”
Egy évvel ezelőtt kezdtem dolgozni FEL 2. szakasz. Ebben a lézer előállított koherens sugárzás hullámhosszú tartományban 40-80 mikron maximális átlagos teljesítmény a világon - körülbelül 500 watt. Ebben az évben a FEL sugárzás 2. körben elérhetővé válik a tudósok kísérleteket különböző tudományterületeken.
A létesítmény által termelt a lézerfény csatornán keresztül száraz nitrogén gáz pedig a felhasználói állomás, ahol alkalmazzák a munkavállalók által az akadémiai intézmények és uralkodók Novosibirsk kormányzati intézmény kutatási szilárdtest fizika, a kémia és a biológia, beleértve a nanométeres szinten. Most már hat ilyen kísérleti állomás.
Egy erős submillimeter sugárzás hangolható hullámhosszú, mint egy egyedi kutatási eszköz a tudósok számára nyit alapvetően új lehetőségeket és kilátások. Például, az alkalmazottak három intézmény RAS közösen kifejlesztett „soft abláció” módszer a tanulmány a biológiai makromolekulák (például DNS), segítségével a kis energiájú foton sugárzás submillimeter. fotonenergia olyan kicsi, hogy a sugárzás nem szűnik meg a molekula vizsgált, és több - megtartja biológiai aktivitását.
A közeljövőben tervezik, hogy tovább növelje a sugárzási teljesítmény lézerek és forgalomba telepítés FEL harmadik szakaszában hullámhosszon a közeli infravörös tartományban 5-30 mikron. Tervek ebben az izgalmas és ígéretes tudományterület mindig van egy csomó.
Marshall T. Szabad elektron lézerek / Trans. az angol. M. Mir 1987.
Agafonov AV Lebedev AN szabad elektron lézerek. M. Knowledge 1987.
Felhasználási feltételek anyagok
Elektronikus kifizetéseket a feldolgozó központ PayOnline és szolgáltatási ROBOKASSA