Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов

Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при генерации потоков поляризованных электронов в резонаторных ускорителях. Цель изобретения - повышение электрической прочности резонатора. Пучок 1 поляризованных по спину электрона атомов водорода или щелочных металлов направляют в ВЧ-резонатор 2, возбуждаемый модулированным электронным пучком 3. Возбуждающий пучок 3 направляют таким образом, чтобы после возбуждения в резонаторе 2 высокочастотного ускоряющего поля он попал на рентгеновскую мишень 4, совмещенную с внутренней поверхностью стенки резонатора. Возникающее рентгеновское излучение способствует более интенсивной ионизации пучка 1 поляризованных атомов. Образовавшиеся при этом свободные поляризованные электроны, ускоряясь в электрическом поле в резонаторе, также производят акты ионизации и возбуждения других поляризованных атомов. При этом излучаются фотоны, которые также участвуют в процессе ионизации. Благодаря этому число поляризованных электронов растет, а увеличение числа ионизированных атомов вследствие воздействия рентгеновского излучения позволяет уменьшить требуемую для автоионизации напряженности высокочастотного электрического поля, что позволяет повысить электрическую прочность резонатора. 1 ил.

сОюз ГО<зет ских

СОЦИАЛ ИС ТИЧ Е СК ИХ

РЕСПУБЛИК

rsiis Н 05 Н 7/00

r DcY/1 l cTf

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

О

ЬЭ (Л (61) 1564739 (21) 4458942/21 (22) 12.07.88 (46) 15.08.91. Бюл. ¹ 30 (72) R. М. Шендерович, В. П. Ефимов, В. В.

Закутин и И. Е. Кулешов (53) 62 1.384.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1564739,кл. Н 05 H 7/00, 1987. (54) СПОСОБ ПОЛУЧ Е Н ИЯ ИМПУЛ ЬСН ЫХ

ПУЧКОВ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ (57) Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при генерации потоков поляризованных электронов в резонаторных ускорителях. Цель изобретения - повышение электрической прочности резонатора. Пучок 1 поляризованных по спину электрона атомов водорода или щелочных металлов направляют в ВЧ резонатор 2, возбуждаемый модулированным электронным пучком 3. Возбуждающий пучок 3 направляют таким образом, чтобы

„„. ЖÄÄ 1670825 А2 после возбуждения в резонаторе 2 высокочастотного ускоряющего поля, он попал на рентгеновскую мишень 4, совмещенную с внутренней поверхностью стенки резонатора. Возникающее рентгеновское излучение способствует более интенсивной ионизации пучка 1 поляризоваHных атомов. Образовавшиеся при этом свободные поляризованные электроны, ускоряясь в электрическом поле в резонаторе, также производят акты ионизации и возбуждения других поляризованных атомов. При этом излучаются фотоны. которые также участвуют в процессе ионизации. Благодаря этому чиСло поляризованных электронов растет, а увеличение числа ионизированных атомов вследствие воздействия рентгеновского излучения, позволяет уменьшить требуемую для автоиониэации напряженности высокочастотного электрического поля, что позволяет повысить электрическую прочность резонатора. 1 ил.

1670825

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при создании источника поляризованных электронов для ускорителей, Цель изобретения — повышение электрической прочности резонатора.

На чертеже изображено устройство, реализующее данный способ.

Устройство содержит пучок поляризованных атомов 1, возбуждающий резонатор

2 с TF „ -волной, электронный пучок 3, рентгеновскую мишень 4, поток 5 рентгеноIIc ко о излучения и пучок б поляризованных электронов.

Реализация способа получения импульсных пучков поляризованных электронов осуществляется следующим образом, Пучок

1 поляризованных по спину электрона атомов водорода или щелочного металла направляю> в высокочастотный резонатор 2. в

1 ко|ором с помощью модулированного пучка

3 элекгронов возбуждают высокочастотное электромагнитное поле большой амплитуды. Возбуждающий электронный пучок 3 направляют таким образом, чтобы после возбуждения резонатора 2 он попадал на рентгеновскую мишень 4, совмещенную с внутренней поверхностью стенки резонатора. При попадании пучка на стенйу возникает рентгеновское излучение, часть которого (поток 5)поступает во внутреннюю полость резонатора. Под действием этого излучения интенсивно происходит ионизация и возбуждение заполняющего резонатор газа поляризованных атомов. Возникшие при этом свободные поляризованные электроны, ускоряягь в электрическом поле в резонаторе, производят акгы ионизации и возбуждения друIих поляриз0ванHыx атомов.

Электроны в возбужденных атомах при переходе в основное состояние излучают фотоны, которые могут ионизировать другие возбужденные атомы. В результате этих процессов чигло свободных поляризованHt>Ix электронов лавинообразно возрастает.

Образовавшийся пучок б поляризованных электронов выводится из резонатора.

Особенностью способа является использование для предварительного возбуждения и ионизации поляризованных атомов рен I ен овского излучения, создаваемого возбуждающим электронным пучком при его поглощении во внутренней стенке резонатора. Наличие большого числа возбужденных и ионизированных под действием рентгеновских лучей а гомов приводит к увеличеник> коэффициента k в выражении для коэффициента прозрачности потенциального барьера D:

D (r, Е ) v tè, нбвд,, где к, v — соответственно энергия, Дж, и частота, Гц, колебаний валентного электро5 на в атоме, tII — требуемая длительность импульса тока пучка поляризованных электронов, с; k — коэффициент размножения электронов за счет ударной ионизации атомов, равный отношению пол ного числа

10 образовавшихся свободных электронов к числу свободных электронов, вылетающих иэ атома за счет туннельного эффекта за время t<, к — максимально достижимое отношение числа образовавшихся ионов к

15 первоначальному числу атомов. А следовательно, к уменьшению требуемой для автоионизации напряженности высокочастотного электрического поля. Кроме того, для ионизации возбужденных поддействием рентгено20 вских лучей атомов требуется значительно меньшая напряженность электрического поля чем для невозбужденных атомов.

Пример. Пусть пучок 1 поляризованных атомов водорода с интенсивностью 10

17

25 атомов в секунду поступает в резонатор 2, работающий на ТЕО -волне и накапливаются там в течение 10 с. В результате в резонаторе накапливается 10 атомов. Обьем

15 такого резонатора составляет 50см, следоз

30 вательно, плотность атомов в резонаторе

n=2 10 ат/см .

Затем в резонатор направляют возбуждающий пучок 3 электронов, Пусть, например, ток этого пучка составляет 800 А, 35 энергия частиц 100 кэВ, длительность импульса 3 мкс. Получение пучка с такими параметрами является вполне реальным, При поглощении электронного пучка B стенке резонатора образуется тормозное рентге40 новское излучение, которое при энергии электронов 100 кэВ и использовании в качестве материала резонатора меди составляет

0,2 от полной потери энергии электронами. В результате при токе пучка 800 А мощность тормозного рентгеновского излучения составляет 2 10 /Вт. На рассто5 янии 3 см мощность излучения составляет

2-10 Вт/см . Учитывая, что основная часть

2 мощности тормозного излучения заключена в диапазоне энергий от 0 до 20 энергии электронов, получим, что вероятность иониэации атома в единицу времени равна 0,3.

Следовательно, за время равное длительности импульса возбуждающего электронного

55 пучка 3 мкс, будет ионизировано 10 всех

-б атомов, т. е. образуется 10 свободных по9

1 ляризованных электронов.

Сравнивая это число с числом свободных поляризованных электронов, образую1670825

Формула изобретения

Составитель Е.Громов

Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Редактор Н.Химчук

Заказ 2759 Тираж 457 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 щихся за счет автоионизации в способепрототипе (10 ), можно сделать вывод, что в одних и тех же условиях в предлагаемом способе под действием рентгеновского излучения образуется в 10 раз больше свободных электронов, чем за счет автоионизации, Поэтому в рассмотренном примере вообще не требуется автоионизация и поляризованный пучок электронов может быть получен за счет предварительной ионизации поляризованных атомов рентгеновскими лучами и последующей их ударной ионизации образовавшимися электронами, ускоряемыми в высокочастотном электрическом поле резонатора. Это позволяет существенно уменьшить требуемую напряженность электрического поля, поскольку для автоионизации, например, атомов водорода с первого возбужденного уровня требуется напряженность поля 5 10 В/см, а для

6 ударной ионизации вполне достаточной является напряженность поля < 100 кВ/см, При использовании характеристического рентгеновского излучения может быть получено еще большее количество ионизированных атомов.

В рассмотренном примере при величине коэффициента размножения электронов

5 к=5 10, получение которого является впол4 не реальным, будет получено 5 10 поля з ризованных электронов. Полагая, что эффективность вывода поляризованных электронов из резонатора 10ь получим ток

10 поляризованных электронов 0,4 А в импульсе длительностью 2 мкс, 15 Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов по авт. св. N

1564739, отличающееся тем,что,с целью повышения электрической прочности резонатора при возбуждении его электрон20 ным пучком, возбуждающий электронный пучок по окончании процесса возбуждения направляют на рентгеновскую мишень, совмещенную с внутренней поверхностью резонатора,