DE3851493T2 - Methode und anlage zur erzeugung von lichtstrahlung aus freiem positronium. - Google Patents
Methode und anlage zur erzeugung von lichtstrahlung aus freiem positronium.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Erzeugen eines energiereichen monochromatischen Gammastrahls und eines energiereichen monochromatischen Röntgenstrahls (die nachstehend gemeinsam als "Lichtstrahlung aus freiem Positronium" bezeichnet werden) sowie eine Vorrichtung dafür.
- Gewöhnlich ist Synchrotron-Lichtstrahlung in Form eines Lichtstrahls bekannt. Die Strahlung hat eine Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichts und in dessen angrenzenden Bereich. Andererseits hat die Synchrotron-Lichtstrahlung eine Wellenlänge, die von Infrarotstrahlen bis zum langwelligen Röntgenstrahl reicht.
- Mit den gegenwärtigen Verfahren zur Erzeugung von Lichtstrahlen ist die Lichterzeugung bisher jedoch auf den langwelligen Röntgenstrahlbereich wie bei der Synchrotron-Lichtstrahlung beschränkt. Anders ausgedrückt ist es nicht möglich, einen kurzwelligen Röntgenstrahl und einen monochromatischen Lichtstrahl, d. h., einen monochromatischen Gammastrahl, zu erzeugen, dessen Photonenenergie z. B. 0,1 MeV oder mehr beträgt und damit wesentlich höher als beim kurzwelligen Röntgenstrahl liegt.
- Aus der GB-A-2 057 749 ist ein System zur Erzeugung von Lichtstrahlung aus freiem Positronium bekannt, bei dem energiearme Elektronen- und Positronenstrahlen in einen intensiven Laserstrahl injiziert und darin abgebremst werden, um Positronium zu erzeugen, das anschließend zur Paarvernichtung und nachfolgenden Erzeugung kohärenter energiereicher Photonen führt.
- Folglich besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von energiereichen Lichtstrahlen zu schaffen, d. h., eines kurzwelligen Röntgenstrahls und eines monochromatischen Gammastrahls mit ausgezeichneter Monochromasie und niedrigem Rauschen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
- Erfindungsgemäß läßt sich die gleichzeitige Erzeugung eines monochromatischen Gammastrahls und eines monochromatischen Röntgenstrahls erreichen, wobei die Erfindung in Meßgeräten für die Forschung und Entwicklung in solchen Bereichen wie der Elementarteilchenphysik, Chemie und Molekularbiologie eingesetzt werden kann.
- Nach Anspruch 1, 2 und 5 wird erfindungsgemäß die Erzeugung eines Strahls aus freiem Positronium erreicht, indem ein Elektronenstrahl und ein Positronenstrahl getrennt auf eine vorbestimmte Energie beschleunigt und gespeichert sowie beide Strahlen in eine vorbestimmte Richtung vereinigt werden, wodurch ein Strahl aus freiem Positronium entsteht. Entlang der Strahlenachse des Positroniums führt dies zur Erzeugung eines monochromatischen Gammastrahls mit einer dem Zweifachen der Elektronenenergie entsprechenden Energie und eines monochromatischen Röntgenstrahls mit einer 1,3/10&sup6;-fachen Photonenenergie dieses Gammastrahls als Lichtstrahlung.
- Zu diesem Zweck ist eine Erzeugungsvorrichtung mit einem Satz Speicher-/Kühlringe zum jeweiligen Beschleunigen, Speichern und Kühlen eines Elektronenstrahls und eines Positronenstrahls und einem Beschleunigersystem zum Injizieren des Elektronenstrahls und des Positronenstrahls in den jeweiligen Ring ausgerüstet, wobei in beiden Ringen ein gemeinsamer Abschnitt zum Zusammenführen des Elektronen- und Positronenstrahls vorgesehen ist.
- Dabei können der Elektronenstrahl und der Positronenstrahl aus dem Beschleunigersystem zum Injizieren getrennt gespeichert werden, nachdem sie jeweils durch Zusatzbeschleuniger auf eine vorbestimmte Energie beschleunigt wurden.
- Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen von Lichtstrahlung aus freiem Positronium;
- Fig. 2 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen von Lichtstrahlung aus freiem Positronium; und
- Fig. 3 eine Schnittansicht von Magneten mit Doppelstruktur, die zum Integrieren des Speicher-/Kühlrings für Elektronen sowie des Speicher-/Kühlrings für Positronen verwendet werden.
- Gemäß Fig. 1 wird z. B. ein Linearbeschleuniger oder ein Mikrotron als Beschleunigersystem 1 zur Elektronen-/Positroneninjektion verwendet. Dadurch können sowohl Elektronen als auch Positronen mit Hilfe ein und desselben Beschleunigers beschleunigt werden. Zu beachten ist, daß auch getrennte Beschleuniger für die Elektronen und Positronen vorgesehen sein können. Ein Ablenkungsmagnet 9 zum Verzweigen ist am Ausgang des Beschleunigersystems 1 zum Injizieren angeordnet. Fortleitungssysteme 2 und 2' sind jeweils mit Strahlablenkungsmagneten 3, 3' und Strahlbündelungselementen 4, 4' ausgerüstet, um einen Elektronenstrahl und einen Positronenstrahl in einen Speicherring R für den Elektronenstrahl bzw. einen Speicherring R' für den Positronenstrahl zu führen.
- Zum Speicher-/Kühlring R für den Elektronenstrahl gehören ein Strahlablenkungsmagnet 5, ein Strahlbündelungselement 6, ein Hochfrequenzhohlraum 10 zur Elektronenbeschleunigung und ein Undulator oder Wiggler 11 zum Dämpfen/Kühlen der Elektronen. Gleichermaßen ist der Speicher-/Kühlring R' für den Positronenstrahl mit einem Strahlablenkungsmagneten 5', einem Strahlbündelungselement 6', einem Hochfrequenzhohlraum 10' zur Positronenbeschleunigung und ein Undulator oder Wiggler 11' zum Dämpfen/Kühlen der Positronen ausgestattet. Ein gemeinsamer Abschnitt G für Elektronen und Positronen ist in einem Teil der Speicher-/Kühlringe R, R' ausgebildet, wobei in diesem gemeinsamen Abschnitt G ein Strahlbündelungselement 7 vorgesehen ist. Außerdem sind ein Ablenkungsmagnet 8 zum Zusammenführen und ein Ablenkungsmagnet 9 zum Verzweigen am Eingang bzw. Ausgang des gemeinsamen Abschnitts angeordnet. Ferner ist ein zylindrischer Reflexspiegel 18 zum Bündeln eines monochromatischen Röntgenstrahls in der Verlängerungslinie des gemeinsamen Abschnitts angeordnet. Darstellungsgemäß sind außerdem eine Lichtemissionsvorrichtung 14 zum Induzieren der Erzeugung von Para-Positronien und ein Reflexspiegel 15 eingebaut.
- Im folgenden wird der Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erläutert.
- Durch das Injektionsbeschleunigersystem 1 injizierte Elektronen und Positronen werden jeweils zu den Speicher-/ Kühlringen R und R' über die Strahlfortleitungssysteme 2 und 2' über einen Magneten 9 zum Verzweigen geführt. Die Elektronen und Positronen werden im Synchrotron auf eine vorbestimmte Energie von γm&sub0;c² in den Speicher-/Kühlringen R, R' beschleunigt, worin m&sub0;c² die Energie der Elektronenruhemasse von 0,511 MeV (Millionen Elektronenvolt) und γ ein Energiefaktor des beschleunigten Elektrons ist, der sich wie folgt berechnet:
- λ (1-β²)-½
- β ν/c
- (v: Elektronengeschwindigkeit; c: Lichtgeschwindigkeit) Beim Beschleunigen mit den Speicher-/Kühlringen R, R' werden das Magnetfeld des Magneten 8 zum Zusammenführen und das des Magneten 9 zum Verzweigen geringfügig gegenüber einem vorbestimmten Magnetfeld verschoben. Dadurch zirkulieren die Elektronen und Positronen getrennt in den jeweiligen Ringen. Die Elektronen und Positronen mäandern horizontal, vertikal oder in beide Richtungen, nachdem sie die Undulatoren oder Wiggler 11 bzw. 11' passieren, und strahlen Synchrotron- Lichtstrahlung 12, 12' ab. Anschließend werden die Elektronen und Positronen in den Hochfrequenzhohlräumen 10, 10' zusätzlich beschleunigt, um abgekühlt zu werden. Anders ausgedrückt kommt es zur Vereinigung der Energien der Elektronen und Positronen.
- Erreicht die Elektronenenergie den vorbestimmten Wert von γm&sub0;c², werden die Magnetfelder der Magneten 8, 9 auf den Sollwert umgeschaltet. Damit ergibt sich ein Vereinigungsbetrieb. Sind die Magnetfelder der Magneten 8, 9 auf den Vereinigungsbetrieb eingestellt, vereinigen sich ein Elektronenstrahl und ein Positronenstrahl mit dem Ergebnis, daß sich die Energien der Elektronen und Protonen mit der Genauigkeit von 10&supmin;&sup4; extrem kurzzeitig infolge einer Elektronenkühlwirkung auf der Grundlage einer gemeinsamen elektrischen Funktion zwischen den Elektronen und Positronen vereinigen. Daher ist unter dem reinen Kühlaspekt der Undulator oder Wiggler 11' nicht erforderlich. Die Synchrotron-Lichtstrahlung der Positronen ist aber wesentlich rauschärmer als die des Elektronenstrahls, so daß bei benötigter Synchrotron-Lichtstrahlung der Einsatz des Undulators oder Wigglers 11' wünschenswert ist.
- Im gemeinsamen Abschnitt werden die Elektronen und Positronen teilweise gekoppelt, um ein Para-Positronium genanntes Zweielektronenatom so zu bilden, daß ihre jeweiligen Spins (Grad der kinematischen Freiheit entsprechend der Elektronenrotation) entgegengesetzt sind. Das Para-Positronium wird bei einer durchschnittlichen Halbwertszeit von 1,2 · 10&supmin;¹&sup0; Sekunden vernichtet und in den Gammastrahl umgewandelt. Dabei beträgt die maximale Energie des Gammastrahls, der aus dem vereinigten Elektronen- und Positronenstrahl abgestrahlt wird, (1 + β)γm&sub0;c² ÷ 2γm&sub0;c², und alle Gammastrahlen werden innerhalb eines Raumwinkels von 4π(1 + β)-2γ-2 (sr) ÷ 3,1 · γ&supmin;² (sr) (Sterad) komprimiert und als Strahl abgestrahlt. Anders ausgedrückt wird ein monochromatischer Gammastrahl mit maximal zweifacher Energie des Elektronenstrahls entlang der Achse des vereinigten Elektronenstrahls erzeugt. Beispielsweise wird bei einer Elektronenenergie von γ = 1000, also 511 MeV, ein Gammastrahl mit der maximalen Energie von 1022 MeV strahlartig entlang der gemeinsamen Elektronenstrahlachse innerhalb eines Raumwinkels von 3,1/10&sup6; Sterad erzeugt.
- Im gemeinsamen Abschnitt werden zusätzlich zu Para-Positronium gekoppelte Ortho-Positronien so erzeugt, daß die Spins der Elektronen und Positronen gleichgerichtet sind. Dabei haben die Ortho-Positronien im Vergleich zum Para-Positronium aber eine 1000 mal längere durchschnittliche Halbwertszeit, und sie erreichen den Magneten 9 zum Verzweigen nahezu ohne Umwandlung in den Gammastrahl im gemeinsamen Abschnitt und zerfallen aufgrund einer elektromagnetischen Kraft sofort in die Elektronen und Positronen, um in den Ringen zu verbleiben. Aus diesem Grund kommt es zu keinem Verlust. Dadurch bleiben die Elektronen und Positronen in den Ringen im Prinzip gespeichert/gekühlt, bis sie in den Gammastrahl umgewandelt werden.
- Die Strahlungsmenge des Gammastrahls infolge der Para- Positroniumerzeugung beträgt 2,2 · 10&supmin;¹² n_N&sbplus; γ&supmin;²/s, worin n_ die Elektronendichte des gemeinsamen Abschnitts und N&sbplus; die Anzahl der Positronen im gemeinsamen Abschnitt ist. Obwohl ein relativistischer langer Halbwertszeiteffekt im Hinblick auf die effektive Positroniumlänge zu berücksichtigen ist, treten keinerlei Probleme auf, wenn der gemeinsame Abschnitt über die volle Länge geht.
- Da die Ortho-Positronien, wie zuvor beschrieben wurde, induktionszerfallen, um wieder zu den Elektronen und Positronen durch eine induzierende Erzeugungsmanipulation der Para- Positronien zu werden, bleibt der Beitrag der Ortho-Positronien zur Gammastrahlung unberücksichtigt. Obwohl Positronien im angeregten Zustand erzeugt werden, liegt dabei eine lange durchschnittliche Halbwertszeit vor, so daß ihr Beitrag zur Abstrahlung des Gammastrahls ebenfalls vernachlässigt werden kann.
- Der Wirkungsgrad der Lichterzeugung aus freiem Positronium läßt sich beträchtlich erhöhen, indem ein Effekt der induzierten Para-Positroniumerzeugung im Strahlungsfeld genutzt wird. Werden die Elektronen und Positronen im gemeinsamen Abschnitt Licht mit einer Energie gleich der Kopplungsenergie von 6,8 eV (Elektronenvolt), einer Wellenlänge von etwa 1,8 · 10&supmin;&sup5; cm, einem maximalen Lichtstrom von etwa 5 · 10²&sup6;/cm²/s ausgesetzt, erhöht sich die Erzeugungsrate der Para-Positronium weiter um das (1 + β)γ-fache infolge eines relativistischen Effekts gegenüber einer normalen Verstärkungsrate, so daß die Strahlungsmenge des Gammastrahls etwa 9 · 10&supmin;&sup9; n_N&sbplus; (1 + β)γ&supmin;¹/s beträgt. Außerdem beträgt die Strahlungsdichte innerhalb des Vorwärts-Raumwinkels von einem Millisterad dieses Gammastrahls 9 · 10&supmin;¹² n_N&sbplus; (1 + β)γ&supmin;¹/[4π(1 + β)-2γ-2] ÷ 7 · 10&supmin;¹³ n_N&sbplus; (1 + β)³γ Beispielsweise beträgt bei Verwendung eines Standard-Elektronenspeicherrings mit γ = 1000, n_ = 10&sup9;/cm³, N&sbplus; = 10¹¹ für die Strahlungserzeugung aus freiem Positronium die Strahlungsmenge des Gammastrahls 2 · 10&sup9;/s, und die Strahlungsdichte je Raumwinkel von einem Millisterad beträgt 6 · 10¹¹. Bei Verwendung eines gegenwärtig entwickelten Hochleistungs-Elektronenspeicherrings (n_ = 10¹&sup0;/cm³, N&sbplus; 10¹²) lauten die Werte für die Strahlungsmenge und die Strahlungsdichte des Gammastrahls 2 · 10¹¹/s bzw. 6 · 10¹³.
- Wie aus der vorangegangenen Erläuterung deutlich wird, zeichnet sich die Strahlung aus freiem Positronium durch hervorragende energetische Monochromasie und Rauscharmut aus.
- Ferner wird eine bei der Positroniumerzeugung emittierte Kopplungsenergie von 6,8 eV auf der gemeinsamen Achse als Röntgenstrahl abgestrahlt, der die gleiche Winkelbündelung wie der monochromatische Gammastrahl und eine Energie von 6,8 (1 + β)γ ÷ 13,67 eV hat. Beispielsweise wird bei einem vereinigten Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsenergie von γ = 1000 ein monochromatischer Lichtstrahl von 13,6 keV (Kiloelektronenvolt) auf der gemeinsamen Achse gleichzeitig mit dem monochromatischen Gammastrahl abgestrahlt. Dieser monochromatische Röntgenstrahl wird von einem monochromatischen Gammastrahl 13 durch Anbringen des Reflexspiegels 15 abgetrennt, so daß ein monochromatischer Röntgenstrahl 16 mit ausgezeichneter Monochromasie und geringem Rauschen abgenommen werden kann.
- Die elektrische Lichtenergie eines zum Induzieren der Para-Positroniumerzeugung zu verwendenden Lichts mit der Photonenzahl von etwa 5 · 10²&sup6;/cm² und einer Wellenlänge von 1,8 · 10&supmin;&sup5; cm ist gleich oder größer als 500 MW/cm². Unter Ausnutzung des Doppler-Effekts infolge einer antiparallelen Abstrahlung eines Strahls, z. B. einer Milliwelle, Mikrowelle oder eines Laserstrahls, aus der Lichtemissionsvorrichtung 14 in den vereinigten Elektronenstrahl zum Induzieren der Para- Positroniumerzeugung läßt sich diese elektrische Energie jedoch verringern. Dabei hat ein für die Abstrahlung notwendiger Lichtstrahl eine Wellenlänge von 1,8 · 10&supmin;&sup5; · (1 + β)γ ÷ 3,6 · 10&supmin;&sup5; γ (cm), und die für die Strahlung erforderliche elektrische Energie verringert sich um den Faktor (1 + β)-1γ-1 ÷ 0,5γ&supmin;¹. Beispielsweise kann für den vereinigten Elektronenstrahl mit γ = 1000 eine Milliwelle mit einer Wellenlänge von 6 · 10&supmin;² cm oder eine Synchrotron-Lichtstrahlung in den gemeinsamen Abschnitt mit etwa 200 kW/cm² aus der Lichtemissionsvorrichtung 14 zum Induzieren der Para-Positroniumerzeugung injiziert oder als stehende Welle erzeugt werden. Da sich der Wirkungsgrad des Induzierens der Para-Positroniumerzeugung proportional zur Anzahl der in den gemeinsamen Abschnitt eingeleiteten Photonen verhält, kann eine Intensitätssteuerung der Lichtstrahlung aus freiem Positronium, eine Impulssteuerung usw. auf arbiträre Weise dadurch erfolgen, daß die Einleitung der Milliwelle oder der Synchrotron-Lichtstrahlung in den gemeinsamen Abschnitt erhöht oder verringert wird. Nunmehr können es die Photonen zur Induktionsvernichtung von erzeugten freien Positronien kommen lassen, und der dabei erzeugte Gammastrahl ist dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen nur zu einem monochromatischen energiereichen Gammastrahl mit einer Energie von 2γm&sub0;c² wird.
- Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Strahlungserzeugung aus freiem Positronium zeigt
- Fig. 2. Gemäß Fig. 2 sind in dieser Ausführungsform Beschleuniger 17, 17', z. B. Synchrotrone, als Zusatzbeschleuniger vorgesehen, um Elektronen und Positronen auf die Energie von γm&sub0;c² zwischen dem Injektionsbeschleunigersystem 1 und den Speicher-/Kühlringen R, R' für die Elektronen und Positronen der Ausführungsform von Fig. 1 zu beschleunigen.
- In der Ausführungsform von Fig. 1 müssen die Speicher-/ Kühlringe R, R' im Zwei- oder Dreistufenbetrieb der Synchrotronbeschleunigung, der Elektronenstrahlkühlung und der Abstrahlung des Gammastrahls arbeiten. In der Ausführungsform von Fig. 2 ist dagegen keine Synchrotronbeschleunigung in den Speicher-/Kühlringen R, R' notwendig. Aus diesem Grund können der monochromatische Gammastrahl und der monochromatische Röntgenstrahl kontinuierlich erzeugt werden, um dadurch die Leistung wesentlich zu erhöhen.
- Die Ablenkungsmagneten 5 und 5' zum integrierten Ausbilden des Speicher-/Kühlrings R für Elektronen und des Speicher-/Kühlrings R' für Positronen sind in Fig. 3 dargestellt. Im Gesamtsystem dieser Vorrichtung sind zwei Ringe integriert, wobei die Struktur zweiteilig überfaltet ist und unter Verwendung der gemeinsamen Strahlenachse als Überfaltung oben bzw. unten übereinanderliegt. Deshalb haben diese Ablenkungsmagneten eine in den Zeichnungen dargestellte Doppelstruktur. Fig. 3(a) zeigt Magneten der Form, bei der alle Magneten durch eine Kette von Spulen gekoppelt sind, während Fig. 3(b) und 3(c) jeweils Magneten der Form zeigen, bei der einzelne Magneten so getrennt sind, daß sie unabhängig voneinander wirken. Alle Magneten eignen sich ausgezeichnet zu einer weitestgehenden Verkleinerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Claims (12)
1. Verfahren zum Erzeugen von Lichtstrahlung aus freiem
Positronium durch gemeinsames Wirken eines
Elektronenstrahls und eines Positronenstrahls, wobei das Verfahren
die Schritte aufweist:
Injizieren des Elektronenstrahls und des
Positronenstrahls in eine erste bzw. eine zweite Umlaufbahn;
Halten des Elektronenstrahls und des Positronenstrahls
auf der ersten bzw. der zweiten Umlaufbahn;
Beschleunigen des Elektronenstrahls und des
Positronenstrahls zu einem beschleunigten Elektronenstrahl und
einem beschleunigten Positronenstrahl mit vorbestimmter
Energie auf der ersten bzw. der zweiten Umlaufbahn;
Ausbilden eines Überdeckungsabschnitts, in dem sich die
erste und die zweite Umlaufahn teilweise überdecken; und
Kombinieren des beschleunigten Elektronenstrahls mit dem
beschleunigten Positronenstrahl in eine vorbestimmte
Richtung in dem Überdeckungsabschnitt, um einen
kombinierten Strahl zu erzeugen, um dadurch die
Lichtstrahlung aus freiem Positronium entlang dem kombinierten
Strahl zu erzeugen.
2. Verfahren zum Erzeugen von Lichtstrahlung aus freiem
Positronium durch gemeinsames Wirken eines
Elektronenstrahls und eines Positronenstrahls, wobei das Verfahren
die Schritte aufweist:
Beschleunigen des Elektronenstrahls und des
Positronenstrahls zu einem beschleunigten Elektronenstrahl und
einem beschleunigten Positronenstrahl mit jeweils einer
vorbestimmten Energie;
getrenntes Speichern des beschleunigten
Elektronenstrahls und des beschleunigten Positronenstrahls mit der
vorbestimmten Energie;
Injizieren des Elektronenstrahls und des
Positronenstrahls in eine erste bzw. eine zweite Umlaufbahn;
Halten des Elektronenstrahls und des Positronenstrahls
mit der vorbestimmten Energie auf der ersten bzw. der
zweiten Umlaufbahn;
Ausbilden eines Überdeckungsabschnitts, in dem sich die
erste und die zweite Umlaufbahn teilweise überdecken; und
Kombinieren des beschleunigten Elektronenstrahls mit dem
beschleunigten Positronenstrahl in eine vorbestimmte
Richtung in dem Überdeckungsabschnitt, um einen
kombinierten Strahl zu erzeugen, um dadurch die
Lichtstrahlung aus freiem Positronium entlang dem kombinierten
Strahl zu erzeugen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit den
Schritten:
Ausgeben der Lichtstrahlung aus freiem Positronium aus
dem Überdeckungsabschnitt; und
Steuern der Stärke der Lichtstrahlung aus freiem
Positronium durch Einleiten einer elektromagnetischen Welle
in den Überdeckungsabschnitt in eine Gegenrichtung zu
der des kombinierten Strahls.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei als elektromagnetische
Welle eine Mikrowelle, eine Milliwelle oder ein
Laserlicht ausgewählt wird.
5. Vorrichtung zum Erzeugen von Lichtstrahlung aus freiem
Positronium durch gemeinsames Wirken eines
Elektronenstrahls und eines Positronenstrahls, die durch eine
Beschleunigungseinrichtung beschleunigt werden, wobei die
Vorrichtung aufweist:
einen Elektronenspeicherring (R) zum Speichern des
beschleunigten Elektronenstrahls auf einer ersten
Umlaufbahn mit vorbestimmter Energie;
einen Positronenspeicherring (R') zum Speichern des
beschleunigten Positronenstrahls auf einer zweiten
Umlaufbahn mit vorbestimmter Energie;
ein Kombinierungsteil (G) in einem Teil des
Elektronenspeicherrings (R) und einem Teil des
Positronenspeicherrings (R') zum Kombinieren des beschleunigten
Elektronenstrahls und des beschleunigten Positronenstrahls; und
eine Einrichtung (7) zum Überdecken der ersten und der
zweiten Umlaufbahn in dem Kombinierungsteil, um den
beschleunigten Elektronenstrahl und den beschleunigten
Positronenstrahl in eine vorbestimmten Richtung zu dem
kombinierten Strahl zu kombinieren, um dadurch die
Lichtstrahlung aus freiem Positronium entlang dem
kombinierten Strahl zu erzeugen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die
Überdeckungseinrichtung aufweist:
einen ablenkenden Elektromagneten (8) an einem Ende des
Kombinierungsteils zum Ablenken des beschleunigten
Elektronenstrahls und des beschleunigten Positronenstrahls
durch Erzeugen eines Magnetfelds, um den kombinierten
Strahl in dem Kombinierungsteil (G) zu erzeugen; und
einen verzweigenden Elektromagneten (9) an dem anderen
Ende des Kombinierungsteils (G) zum Verzweigen des
kombinierten Strahls in den beschleunigten Elektronenstrahl
und den beschleunigten Positronenstrahl.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der
Elektronenspeicherring mehrere elektronenablenkende
Elektromagneten (5, 5') zum Ausbilden der ersten Umlaufbahn
aufweist, der Positronenspeicherring mehrere
positronenablenkende Elektromagneten (5, 5') zum Ausbilden der
zweiten Umlaufbahn aufweist und wobei die
elektronenablenkenden Elektromagneten jeweils mit den
positronenablenkenden Elektromagneten kombiniert sind, um kombinierte
Elektromagneten zu bilden, die einen ersten Pfad und
einen zweiten Pfad für die erste Unlaufbahn bzw. die zweite
Umlaufbahn
definieren, und um dadurch den
Elektronenspeicherring (R) mit dem Positronenspeicherring (R') zu
kombinieren.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei der
Elektronenspeicherring einen Wiggler (11) zum Schütteln der
ersten Umlaufbahn aufweist, um Synchrotron-Lichtstrahlung
aus dem beschleunigten Elektronenstrahl zu emittieren.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der
Positronenspeicherring einen Wiggler (11') zum Schütteln
der zweiten Umlaufbahn aufweist, um
Synchrotron-Lichtstrahlung aus dem beschleunigten Positronenstrahl zu
emittieren.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, ferner
mit:
einem entlang der Lichtstrahlung aus freiem Positronium
angeordneten zylindrischen Reflexspiegel (8) zum Bündeln
der Lichtstrahlung aus freiem Positronium zu einem
gebündelten Licht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 mit:
einem Elektronenbeschleuniger (17) zum Beschleunigen
eines Elektronenstrahls zu dem beschleunigten
Elektronenstrahl mit vorbestimmter Energie; und
einem Positronenbeschleuniger (17') zum Beschleunigen
eines Positronenstrahls zu dem beschleunigten
Positronenstrahl mit vorbestimmter Energie.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der
Elektronen- und der Positronenspeicherring (R und R')
geeignet sind, den Elektronenstrahl bzw. den
Positronenstrahl zu beschleunigen.
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Publications (2)
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