RU2143773C1 - Способ формирования лазера гамма-излучения и устройство для его реализации, способ формирования мощного когерентного электронного пучка и устройство для его реализации - Google Patents
Способ формирования лазера гамма-излучения и устройство для его реализации, способ формирования мощного когерентного электронного пучка и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2143773C1 RU2143773C1 RU97106010/06A RU97106010A RU2143773C1 RU 2143773 C1 RU2143773 C1 RU 2143773C1 RU 97106010/06 A RU97106010/06 A RU 97106010/06A RU 97106010 A RU97106010 A RU 97106010A RU 2143773 C1 RU2143773 C1 RU 2143773C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron beam
- coherent
- laser
- electron
- energy
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S4/00—Devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in wave ranges other than those covered by groups H01S1/00, H01S3/00 or H01S5/00, e.g. phonon masers, X-ray lasers or gamma-ray lasers
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
- G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
- G21K1/003—Manipulation of charged particles by using radiation pressure, e.g. optical levitation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G2/00—Apparatus or processes specially adapted for producing X-rays, not involving X-ray tubes, e.g. involving generation of a plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/06—Two-beam arrangements; Multi-beam arrangements storage rings; Electron rings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерам гамма-излучения и технике формирования мощных когерентных электронных пучков. Генерация лазерного гамма-излучения осуществляется путем формирования импульсов электронного пучка определенной длительности для создания когерентного электронного пучка. Лазерное излучение направляют на когерентный электронный пучок в обратном направлении. Фотонная энергия лазерного излучения усиливается посредством когерентного обратного комптоновеного рассеяния, формируя направленное гамма-излучение. Устройство для генерации гамма-излучения содержит лазер оптического диапазона, накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками электронов и позитронов, средство реализации функции формирования импульсов электронного пучка, длительность которых достаточна для создания когерентного электронного пучка, и средство проецирования лазерного луча в направлении, противоположном направлению когерентного электронного пучка. Изобретение позволяют упростить процесс формирования мощного когерентного электронного пучка и генерации лазерного гамма-излучения. 5 н.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для формирования мощного когерентного пучка отрицательно и положительно заряженных электронов и гамма-излучения (к усилению гамма-излучения посредством индуцированной эмиссии излучения, к газеру) и, более точно - к способу и устройству для формирования мощного когерентного электронного пучка и газера в энергетической области реакции элементарных частиц и ядерной реакции (в эффективных сечениях).
Предшествующий уровень техники
С тех пор, как Г.П.Томсон проверил движение волн электронного луча, были разработаны и широко применяются электронные микроскопы, в которых используется интерференция электронных пучков одинаковых импульсов. Однако, поскольку необходимо высокое импульсное разрешение для получения свойств волны, на практике могут быть" использованы только электронные пучки с энергией до 1 МэВ. Еще не найден способ формирования мощного когерентного электронного пучка, который можно использовать для формирования лазера гамма-излучения (газера) или для контроля эффективных сечений реакции элементарных частиц или ядерной реакции.
С тех пор, как Г.П.Томсон проверил движение волн электронного луча, были разработаны и широко применяются электронные микроскопы, в которых используется интерференция электронных пучков одинаковых импульсов. Однако, поскольку необходимо высокое импульсное разрешение для получения свойств волны, на практике могут быть" использованы только электронные пучки с энергией до 1 МэВ. Еще не найден способ формирования мощного когерентного электронного пучка, который можно использовать для формирования лазера гамма-излучения (газера) или для контроля эффективных сечений реакции элементарных частиц или ядерной реакции.
В заявке Великобритании GB 1456348 описан лазер сверхжесткого излучения, включающий облучение активного элемента, однако не гарантировано, что генерируемые гамма-лучи полностью имеют одну и ту же фазу и-когерентны.
Решение, описанное в заявке РСТ N 88/01446 представляет лазер γ излучения, включающий воздействие лазерного излучения на когерентный поток α частиц, приводящее к комптоновскому рассеиванию лазерного излучения и может быть ближайшим аналогом.
В этом способе, б озоны, например, альфа-частицы, подвергнутые конденсации Бозе-Эйнштейна, ускоряются для преобразования в базер, а частота света излучающего лазера увеличивается за счет комптоновского рассеяния, вызванного бозонами. Следовательно, при реализации этого способа когерентность рассеянного света лазера гарантируется. Однако, чтобы сделать коэффициент γ релявистской энергии пучка альфа- частиц больше 5 и тем самым увеличить частоту в сто раз или более, нужно использовать громадное устройство, которое может придать энергию ускорения 20 ГэВ или более.
В физическом энциклопедическом словаре описан ускоритель частиц со встречными пучками и охлаждение пучка частиц, предложенное Будкером, которое не относится к когерентному пучку частиц.
Поэтому существует потребность в простоя способе формирования мощного когерентного электронного пучка и лазера гамма-излучения (газера).
Наиболее близким аналогом заявленного способа формирования лазера гамма-излучения является известный способ генерации лазерного излучения, который основан на комптоновском рассеянии лазерного излучения (заявка ЕР 0436043 А1, H 05 H 13/04, 1991 г.) Такой способ включает формирование импульсов электронного пучка, каждый из которых имеет длительность, достаточную для создания пучка когерентных электронов. На сформированный когерентный электронный пучок проецируют луч лазера в направлении, противоположном направлению движения пучка. В результате этого фотонная энергия лазера усиливается посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния, формируя лазер гамма-излучение.
Из указанной выше заявки известно также устройство для формирования гамма-излучения, являющееся наиболее близких аналогом заявленного устройства.
Известное устройство содержит лазер оптического диапазона, электронное накопительное кольцо, средство для формирования импульсов электронного пучка с длительностью, достаточной для создания когерентных электронов в пучке, и средство проецирования лазерного луча в направлении, противоположном направлению движения когерентного электронного пучка. В результате работы такого устройства происходит усиление фотонной энергии лазера посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния и формирование лазера коротковолнового излучения.
Наиболее близким аналогом заявленного способа формирования мощного когерентного электронного пучка является известный способ, описанный в указанной выше заявке, который включает использование электронного накопительного кольца и формирование импульсов электронного пучка в виде бунчей. Каждый из импульсов электронного пучка имеет длительность, достаточную для создания когерентных электронов.
Прототипом устройства для формирования мощного когерентного электронного пучка является известное устройство, также описанное в указанной выше заявке. Данное устройство содержит электронное накопительное кольцо и средство для формирования импульсов электронного пучка с длительностью, достаточной для образования когерентных электронов.
Однако, перечисленные выше способы и устройства не позволяют упростить процесс формирования мощного когерентного электронного пучка и процесс генерации лазерного гамма-излучения, основанный на использовании когерентного электронного пучка.
Краткое изложение существа изобретения.
В настоящем изобретении расширяется концепция конденсации Бозе-Энштейна в фазовом пространстве "пространство-импульс" группы атомов, имеющих слабое взаимодействие и показано, что
фазовое пространство "время-энергия" пучка ускоренных частиц потенциально может достигать временной когерентности (временной корреляции).
фазовое пространство "время-энергия" пучка ускоренных частиц потенциально может достигать временной когерентности (временной корреляции).
Ниже приведено описание способа формирования мощного временного когерентного электронного пучка, обладающего мощностью и свойством временной когерентности или когерентного электронного пучка. Далее, будет показана возможность реализации контроля реактивности резонансной реакции электронных частиц в ускорителе со встречными электронными пучками в качестве примера использования поведения группы электронов в одной и той же фазе в электронном пучке, в котором они ведут себя так, как будто являются одной частицей.
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа и устройства для формирования газера посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния (КОКР) лазерного луча когерентным электронным пучком.
Поставленная задача решается тем, что в способе формирования лазера гамма излучения, в котором осуществляют комптоновское рассеяние лазерного излучения, при этом используют накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов, и реализуют функцию для формированная импульсов электронного пучка, каждый из которых имеет длительность tp для создания когерентности электронов, формируя тем самым когерентный электронный пучок; и проецируют луч лазера в направлении, противоположном направлению когерентного электронного пучка, так что фотонная энергия лазера усиливается посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния, формируя лазер гамма-излучения, согласно изобретению, длительность tp определяют следующим уравнением:
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для формирования лазера гамма-излучения, содержащей лазер оптического диапазона, накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов, средство реализации функции формирования импульсов электронного пучка, имеющих длительность tp для создания когерентности электронов в пучке, чтобы сформировать мощный когерентный электронный пучок, средство проецирования лазерного луча в направлении, противоположном направлению когерентного электронного пучка, средство усиления фотонной энергии лазера посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния, чтобы формировать лазер гамма-излучения, согласно изобретению длительность tp определяется следующим уравнением:
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
Поставленная задача решается также тем, что в способе формирования мощного когерентного электронного пучка, в котором используют накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов и реализуют функцию для формирования импульсов электронного пучка, каждый из которых имеет длительность tp для создания когерентности электронов, формируя тем самым когерентный электронный пучок, согласно длительность tp определяется следующим уравнением:
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для формирования мощного когерентного 1 электронного пучка, содержащем накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов и средство реализации функции формирования импульсов электронного пучка, имеющих длительность tp для создания когерентности электронов, чтобы сформировать мощный когерентный электронный пучок, согласно изобретению длительность tp определяется следующим уравнением
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2
где λe/2π - комптоновcкая длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp<(2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2
где λe/2π - комптоновcкая длина волны электрона, С - скорость света, β - скорость электронного пучка; γ - релятивистский коэффициент энергии, γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
Краткое описание чертежа
В дальнейшем подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для формирования мощного когерентного электронного пучка и газера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
В дальнейшем подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для формирования мощного когерентного электронного пучка и газера в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
В электронном пучке, имеющем полную энергию γm0c2 и энергетическое разрешение γ/Δγ, тепловая энергия (1/2) kT11 группы электронов в направлении электронного пучка описывается уравнением (1):
(1/2)kT11= (m0C2/2β2)(Δγ/γ)2, ... (1)
где mo - масса покоя электрона, с - скорость света, а moc2 - энергия покоя электрона, которая равна 0,511 МэВ. γ - это относительный энергетический коэффициент, связанный со скоростью β электронного пучка уравнением (2):
γ-2= 1-β2, ... (2)
где k - постоянная Больцмана, а T11 - температура электронов в направлении электронного пучка.
В электронном пучке, имеющем полную энергию γm0c2 и энергетическое разрешение γ/Δγ, тепловая энергия (1/2) kT11 группы электронов в направлении электронного пучка описывается уравнением (1):
(1/2)kT11= (m0C2/2β2)(Δγ/γ)2, ... (1)
где mo - масса покоя электрона, с - скорость света, а moc2 - энергия покоя электрона, которая равна 0,511 МэВ. γ - это относительный энергетический коэффициент, связанный со скоростью β электронного пучка уравнением (2):
γ-2= 1-β2, ... (2)
где k - постоянная Больцмана, а T11 - температура электронов в направлении электронного пучка.
Согласно изобретению предложен способ формирования когерентного пучка электрически заряженных частиц. Этот способ применяется для электронного пучка, имеющего большую релятивистую энергию. Когда длительность tp импульса электронного пучка в лабораторной системе координат удовлетворяет уравнению (3):
tp<(2γh/kT11), ... (3)
группа электронов в импульсе проявляет квантовый эффект или волновые свойства. Объединяя уравнения (3) и (1), получаем уравнение (4):
tp<(2λe/c)(β2γ)(γΔγ)2, ... (4)
где h - постоянная Планка, а λe/2π - комптоновская длина волны электрона, равная h/2πm0c, или 3,86•10-13 м.
tp<(2γh/kT11), ... (3)
группа электронов в импульсе проявляет квантовый эффект или волновые свойства. Объединяя уравнения (3) и (1), получаем уравнение (4):
tp<(2λe/c)(β2γ)(γΔγ)2, ... (4)
где h - постоянная Планка, а λe/2π - комптоновская длина волны электрона, равная h/2πm0c, или 3,86•10-13 м.
Условие уравнения (4) было получено путем преобразования условия конденсации группы слабо взаимодействующих реагирующих атомов в фазовом пространстве "пространство-импульс", которое предложил А.Эйнштейн в 1924 г., в фазовое пространство "время-энергия" системы координат покоя свободных частиц. Следовательно, первая конденсация, называемая "конденсацией Бозе-Эйнштейна", и вторая, называемая авторами настоящего изобретения "временной когерентностью", эквивалентны. Поэтому все частицы в группе при временной когерентности находятся в одной и той же фазе, как группа атомов при конденсации Бозе- Эйнштейна, и составляют когерентный пучок частиц, как раскрыто в заявке Японии N 6-326510.
Из уравнения (4) очевидно, что легко получить когерентный электронный пучок, когда имеется мощный электронный пучок с высоким энергетическим разрешением или имеется электронный пучок с большим λ и большим (λ/Δλ) , даже если длительность tp импульса электронного пучка относительно велика вследствие релятивистского эффекта растяжения времени. Следовательно, в дополнение к обычному синхротронному ускорению пучка электронов можно получить когерентный электронный пучок посредством введения предварительного группирователя, если потребуется, или выделения импульсов электронного пучка.
Основной признак когерентного электронного пучка заключается в том, что группа электронов в импульсе ведет себя когерентно, как если бы они были одной частицей с электрическим зарядом Ne и статической массой Nmo, где N - количество электронов в импульсе. Далее будет рассмотрен конкретный вариант получения когерентного электронного пучка, в котором отрицательные и положительные электронные пучки являются когерентными в ускорителе со встречными пучками для электронов с высокой энергией и положительно заряженных электронов.
Для упрощения количество электронов в каждом ускоряемом импульсе предполагается одним и тем же и равным N. Вообще говоря, для кулоновского взаимодействия свойственен инцидентный канал реакций, индуцируемых электронами. Поэтому эффективное сечение столкновений не зависит от вида резонансной реакции (инцидентного канала) и пропорционально
α = e2/2ε0hc, ... (5)
где α - постоянная тонкой структуры, a ε0 - диэлектрическая постоянная в вакууме. Следовательно, как показано в уравнении (6), скорость резонансной реакции R за импульс пропорциональна произведению α , N и количественной плотности ρ электронов.
α = e2/2ε0hc, ... (5)
где α - постоянная тонкой структуры, a ε0 - диэлектрическая постоянная в вакууме. Следовательно, как показано в уравнении (6), скорость резонансной реакции R за импульс пропорциональна произведению α , N и количественной плотности ρ электронов.
R ∝ αNp ... (6)
Однако, для столкновений когерентных электронных пучков значение N в уравнении (6) становится равным 1, а e в уравнении (5) становится равным Ne, потому что группа электронов в импульсе ведет себя так, как будто они являются одной частицей. Следовательно, в этом случае скорость Rc реакции на импульс становится равной произведению N и скорости R реакции обычного некогерентного электронного пучка:
R ∝ αN2ρ = NR. ... (7)
На практике, фактическое значение N в уравнении (7) будет несколько меньше, поскольку в данном конкретном варианте осуществления не учитывается другая динамика, например - растяжение времени и пространственное перекрытие в ускоряемых импульсах, а также реактивная резонансная длительность. Однако, даже если учесть эту динамику ожидается значительное увеличение эффективности и возникает возможность реализации контроля реакции элементарных частиц или ядерной реакции.
Однако, для столкновений когерентных электронных пучков значение N в уравнении (6) становится равным 1, а e в уравнении (5) становится равным Ne, потому что группа электронов в импульсе ведет себя так, как будто они являются одной частицей. Следовательно, в этом случае скорость Rc реакции на импульс становится равной произведению N и скорости R реакции обычного некогерентного электронного пучка:
R ∝ αN2ρ = NR. ... (7)
На практике, фактическое значение N в уравнении (7) будет несколько меньше, поскольку в данном конкретном варианте осуществления не учитывается другая динамика, например - растяжение времени и пространственное перекрытие в ускоряемых импульсах, а также реактивная резонансная длительность. Однако, даже если учесть эту динамику ожидается значительное увеличение эффективности и возникает возможность реализации контроля реакции элементарных частиц или ядерной реакции.
Ниже рассмотрен второй вариант воплощения изобретения, в котором лазерный луч проецируется в направлении, противоположном направлению мощного когерентного электронного пучка. Используя рассуждения, описанные в патентной заявке Японии N 8-30203 "Способ и устройство для формирования сверхмощного лазера", в котором указана ссылка на теорию, согласно которой уравнение Дж. Дж. Томсона заменяется уравнением Клейна-Нишины, например, Фенберг и Примаков "Обзор физики" N 73, с. 449, 1948. Проецируемая фотонная энергия hv усиливается до величины; hν′ посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния (КОКР), как показано уравнением (8):
где θ - угол эмиссии испускаемых фотонов в системе координат помещения для экспериментов, а телесный угол эмиссии становится равным:
πθ2= 4π(γ -1)/γ2, ... (9)
где γ⊥ - коэффициент релятивистской энергии теплового движения электронов в поперечной плоскости, перпендикулярной электронному пучку.
где θ - угол эмиссии испускаемых фотонов в системе координат помещения для экспериментов, а телесный угол эмиссии становится равным:
πθ2= 4π(γ
где γ⊥ - коэффициент релятивистской энергии теплового движения электронов в поперечной плоскости, перпендикулярной электронному пучку.
Посредством указанного усиления фотонной энергии проецируемый лазерный луч испускается в лазере гамма-излучения, т.е. в газере, который является когерентным в направлении электронного пучка.
Следовательно, фотонной энергией hν′ газера можно свободно варьировать посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния (КОКР) в соответствии с настоящим изобретением путем варьирования фотонной энергии hν проецируемого лазерного луча или полной энергии γm0c2 электронного пучка. Поскольку газер осуществляет по существу 100% поляризацию проецируемого лазерного луча, поляризацию луча газера можно свободно контролировать посредством регулирования поляризации проецируемого лазерного луча. Кроме того, поскольку применяется КОКР, сформированное когерентным электронным пучком, эффективное сечение рассеяния становится в N раз больше, чем эффективное свечение в соответствии с уравнением Клейна- Нишины, где N - количество электронов в каждом импульсе электронного пучка. А именно, для заданной интенсивности электронного пучка эффективность формирования газера становится больше, чем эффективность пучка γ -излучения при обратном комптоновском рассеянии в обычном лазере (ЛОКР) в N = 104 -106 раз. Кроме того, телесный угол эмиссии газера мал, как показано в уравнении (9) и имеет острую направленность по сравнению с телесным углом пучка γ -излучения при обычном ЛОКР.
Например, для высококачественного электронного накопительного кольца с энергией электронов 2000 МэВ ( γ =4000) и γ⊥ =l,4, телесный угол эмиссии составляет всего 770 нср (наностерадиан) и можно ожидать формирования газера, который имеет яркость, более, чем в десять раз превышающую яркость пучка γ -излучения при обычном ЛОКР.
Ниже приведено подробное описание второго варианта осуществления изобретения для формирования когерентного электронного пучка и формирования газера. Для избежания повторения описание первого варианта осуществления еще раз не проводится, потому что сущность первого варианта осуществления можно легко понять из описания пульсации пучка для второго варианта осуществления и в предположении, что, при необходимости, вводится предварительный группирователь.
На сопровождающем чертеже изображена принципиальная схема устройства для формирования когерентного электронного пучка и газера в соответствии с настоящим изобретением. Устройство имеет мощное электронное накопительное кольцо, в котором энергия электронов γm0c2 - 2000 МэВ или γ = 4000, энергетическое разрешение Δγ/γ = 10-4 , а тепловая энергия в поперечной плоскости (γ⊥-1)m0c2 по существу равна Δγm0c2 =0,20 МэВ.
На этом чертеже 1 - электронный пучок, 2 - сепаратор импульсов электронного пучка, 3 - отклоняющий магнит, 4 - магнит для инжекции импульсов электронного пучка, 5 - поглотитель пучка для обработки невосстановленных электронов, 6 -лазерный луч, 7 - лазерный источник, 8 - регулятор поляризации излучения лазера, 9 - отражающее зеркало лазера, 10 - фокусирующая линза, 11 - монитор лазерного луча и 12 - лазер гамма-излучения (газер).
Согласно уравнению (4) формируется когерентный электронный пучок, когда длительность tp импульсного электронного пучка не превышает 6,5 нс (наносекунд). Согласно уравнению (8), когда луч лазера на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом проецируется на полученный когерентный электронный пучок, можно ожидать формирования газера с фотонной энергией 77 МэВ.
Настоящее изобретение не сводится к вышеуказанным конкретным вариантам осуществления. Возможны многочисленные модификации и изменения изобретения в рамках объема притязаний. Например, сепаратор импульсов можно заменить совокупностью энергодиспергирующей системы и предварительного группирователя или можно ту же систему встроить в накопительное кольцо или устройство для осуществления столкновений без отводного канала, так что электронный пучок можно преобразовать в импульсный когерентный электронный пучок. Указанные варианты не исключаются.
Настоящее изобретение обеспечивает следующие преимущества.
(А). Можно формировать мощный когерентный пучок электронов путем формирования импульсов электронного пучка с высоким энергетическим разрешением, каждый из которых имеет надлежащую длительность, так что имеет место временная когерентность, используя мощное электронное накопительное кольцо или мощный ускоритель со встречными электронными пучками. По сравнению с обычным ускорителем со встречными пучками, скорость резонансной реакции, вносимая когерентными электронами в данном ускорителе со встречными пучками, становится выше в число раз, по существу, равное количеству электронов в импульсе. Это может позволить осуществлять новый способ контроля реакции элементарных частиц и ядерной реакции (в эффективных сечениях).
(Б). Можно сформировать газер высокого качества в отношении монохроматичности, направленности и яркости посредством проецирования лазерного луча в направлении, противоположном направлению когерентного электронного пучка, индуцируя когерентное обратное комптоновское рассеяние (КОКР) и усиление энергии фотонов рассеянного лазера.
(В). По сравнению с ЛОКР- γ -излучением в случае обратного комптоновского рассеяния в обычном лазере, газер позволяет повысить эффективность формирования, большую в число раз, равное количеству электронов в импульсе когерентного электронного Для заданной интенсивности электронного пучка и заданной интенсивности проецируемого лазерного луча эффективность формирования становится выше в N=104-106 раз. Кроме того, можно получить превосходную направленность. Поэтому несравненно увеличивается яркость.
Claims (5)
1. Способ формирования лазера гамма-излучения, в котором осуществляют комптоновское рассеяние лазерного излучения, при этом используют накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов, и реализуют функцию для формирования импульсов электронного пучка, каждый из которых имеет длительность для создания когерентности электронов, формируя тем самым, когерентный электронный пучок, и проецируют луч лазера в направлении, противоположном направлению когерентного электронного пучка так, что фотонная энергия лазера усиливается посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния, формируя лазер гамма-излучения, отличающийся тем, что длительность tp определяют следующим уравнением:
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
2. Устройство для формирования лазера гамма-излучения, содержащее лазер оптического диапазона, накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов, средство реализации функции формирования импульсов электронного пучка, имеющих длительность tp для создания когерентности электронов в пучке, чтобы сформировать мощный когерентный электронный пучок, средство проецирования лазерного луча в направлении, противоположном направлению когерентного электронного пучка, средство усиления фотонной энергии лазера посредством когерентного обратного комптоновского рассеяния, чтобы сформировать лазер гамма-излучения, отличающийся тем, что длительность tp определяется следующим уравнением:
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
3. Способ формирования мощного когерентного электронного пучка, в котором используют накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов и реализуют функцию для формирования импульсов электронного пучка, каждый из которых имеет длительность tp для создания когерентности электронов, формируя, тем самым, когерентный пучок, отличающийся тем, что длительность tp определяется следующим уравнением:
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
4. Устройство для формирования мощного когерентного электронного пучка, содержащее накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов и реализуют функцию для формирования импульсов электронного пучка, каждый из которых имеет длительность tp для создания когерентности электронов, формируя, тем самым, когерентный электронный пучок, отличающийся тем, что длительность tp определяется следующим уравнением:
tp < (2λl/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp < (2λl/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
5. Устройство для формирования мощного когерентного электронного пучка, содержащее накопительное кольцо или ускоритель со встречными пучками для обладающих высокой энергией электронов и позитронов и средство реализации функции формирования импульсов электронного пучка, имеющих длительность tp для создания когерентности электронов, чтобы сформировать мощный когерентный электронный пучок, отличающееся тем, что длительность tp определяется следующим уравнением:
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
tp < (2λe/C)(β2γ)(γ/Δγ)2,
где λe/2π - комптоновская длина волны электрона;
C - скорость света;
β - скорость электронного пучка;
γ - релятивистский коэффициент энергии;
γ/Δγ - разрешающая способность энергии.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09656096A JP3234151B2 (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | 高エネルギー・コヒーレント電子線とガンマ線レーザーの発生方法及びその装置 |
| JP8-96560 | 1996-04-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97106010A RU97106010A (ru) | 1999-05-10 |
| RU2143773C1 true RU2143773C1 (ru) | 1999-12-27 |
Family
ID=14168439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97106010/06A RU2143773C1 (ru) | 1996-04-18 | 1997-04-16 | Способ формирования лазера гамма-излучения и устройство для его реализации, способ формирования мощного когерентного электронного пучка и устройство для его реализации |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5887008A (ru) |
| EP (1) | EP0802705A3 (ru) |
| JP (1) | JP3234151B2 (ru) |
| RU (1) | RU2143773C1 (ru) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6097740A (en) * | 1998-09-29 | 2000-08-01 | Palathingal; Jose Chakkoru | Method and apparatus of producing coherent high-frequency electromagnetic radiation by interacting beams of ions and electrons |
| US6813330B1 (en) | 2003-07-28 | 2004-11-02 | Raytheon Company | High density storage of excited positronium using photonic bandgap traps |
| US7027553B2 (en) * | 2003-12-29 | 2006-04-11 | Ge Medical Systems Global Technology Company, Llc | Systems and methods for generating images by using monochromatic x-rays |
| US7425706B2 (en) * | 2005-02-22 | 2008-09-16 | Gilbert R. Hoy | Gamma-ray laser; induced gamma emission system and method |
| US7310408B2 (en) * | 2005-03-31 | 2007-12-18 | General Electric Company | System and method for X-ray generation by inverse compton scattering |
| US8433039B1 (en) | 2009-05-01 | 2013-04-30 | Proteomyx Inc. | Gamma-ray microscopy methods |
| US8054939B2 (en) | 2009-07-30 | 2011-11-08 | The Boeing Company | Tangent radiography using brilliant x-ray source |
| CN103378542B (zh) * | 2012-04-27 | 2018-06-05 | 陈世浩 | 大功率连续辐射伽马激光器 |
| WO2014178823A1 (en) | 2013-04-29 | 2014-11-06 | Proteomyx Inc. | Gamma-ray microscopy methods |
| JP6278458B2 (ja) * | 2014-05-12 | 2018-02-14 | 一般財団法人電力中央研究所 | 超短パルスγ線のパルス幅検出方法およびその装置 |
| CN110998875B (zh) * | 2017-06-05 | 2024-04-09 | F·梅茨勒 | 用于从原子核产生光子发射的系统和方法 |
| WO2019054540A1 (ko) * | 2017-09-18 | 2019-03-21 | 한국수력원자력 주식회사 | 레이저 콤프턴 산란 광자빔 다중 추출 장치 |
| US11220893B2 (en) * | 2020-01-23 | 2022-01-11 | Saudi Arabian Oil Company | Laser array for heavy hydrocarbon heating |
| US11163091B2 (en) | 2020-01-23 | 2021-11-02 | Saudi Arabian Oil Company | In-situ hydrocarbon detection and monitoring |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4975891A (en) * | 1970-02-13 | 1990-12-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Vehicle sensing device and method |
| IT1119312B (it) * | 1979-06-29 | 1986-03-10 | Fiat Ricerche | Metodo ed apparato per la generazione di radiazione elettromagnetica coerente particolarmente nel campo del lontano ultravioletto e dei raggi x |
| JPH0711999B2 (ja) * | 1987-02-24 | 1995-02-08 | 栄胤 池上 | 自由ポジトロニウム放射光の発生方法及びその装置 |
| US4975917A (en) * | 1988-09-14 | 1990-12-04 | Harris Blake Corporation | Source of coherent short wavelength radiation |
| JPH0777160B2 (ja) * | 1989-07-26 | 1995-08-16 | 住友重機械工業株式会社 | 光蓄積リング |
| US5247562A (en) * | 1992-07-16 | 1993-09-21 | The Massachusetts Institute Of Technology | Tunable source of monochromatic, highly-directional x-rays and a method for producing such radiation |
| JP3213186B2 (ja) * | 1994-12-28 | 2001-10-02 | 科学技術振興事業団 | コヒーレント荷電粒子線の発生方法及びその装置 |
| JPH09223850A (ja) * | 1996-02-19 | 1997-08-26 | Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan | スーパーハードレーザーの発生方法及びその装置 |
-
1996
- 1996-04-18 JP JP09656096A patent/JP3234151B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-03-19 US US08/820,171 patent/US5887008A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-04-01 EP EP97105370A patent/EP0802705A3/en not_active Withdrawn
- 1997-04-16 RU RU97106010/06A patent/RU2143773C1/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3234151B2 (ja) | 2001-12-04 |
| EP0802705A3 (en) | 1999-03-24 |
| JPH09283864A (ja) | 1997-10-31 |
| US5887008A (en) | 1999-03-23 |
| EP0802705A2 (en) | 1997-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2143773C1 (ru) | Способ формирования лазера гамма-излучения и устройство для его реализации, способ формирования мощного когерентного электронного пучка и устройство для его реализации | |
| Leemans et al. | Observation of terahertz emission from a laser-plasma accelerated electron bunch crossing a plasma-vacuum boundary | |
| Corde et al. | Femtosecond x rays from laser-plasma accelerators | |
| US7348569B2 (en) | Acceleration of charged particles using spatially and temporally shaped electromagnetic radiation | |
| Krafft | Spectral distributions of Thomson-scattered photons from high-intensity pulsed lasers | |
| RU2142666C1 (ru) | Способ и устройство для создания лазера сверхжесткого излучения (варианты) | |
| Efimenko et al. | Vacuum breakdown in magnetic dipole wave by 10-PW class lasers | |
| Bessarab et al. | Faster-than-light EMP source initiated by short X-ray pulse of laser plasma | |
| RU2488909C2 (ru) | Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения свч диапазона и устройство для его осуществления | |
| US4817124A (en) | Charged particle high frequency laser | |
| McDonald | Proposal for experimental studies of nonlinear quantum electrodynamics | |
| RU2127935C1 (ru) | Способ и устройство для генерации лазерного гамма-излучения | |
| US3813555A (en) | Method and means for producing coherent x-ray and gamma-ray emissions | |
| EP0022093A1 (en) | Method and apparatus for generating coherent electromagnetic radiation, particularly in the far ultraviolet and the X-ray region | |
| Darbinian et al. | Unruh radiation in linear colliders and in collisions of TeV electrons with intense laser beams | |
| Wood et al. | Enhanced betatron radiation from a laser wakefield accelerator in a long focal length geometry | |
| Cherniega et al. | Generation of narrowly directed X-rays under optical pumping in synthetic opal matrices | |
| Melissinos | Possible scheme for observing acceleration (Unruh) radiation | |
| Qi et al. | Fluorescence in Mg i x emission at 48.340 Å from Mg pinch plasmas photopumped by Al x roman i line radiation at 48.338 Å | |
| Aleksandrov et al. | Hard X-ray emission from imploding wire arrays | |
| JP3241779B2 (ja) | 高輝度放射光発生方法及び装置 | |
| Warwick | Experimental Studies of the Dynamics of Neutral Electron-positron Beams | |
| Blumenthal et al. | Mechanisms for the Production of X-Rays in a Cosmic Setting | |
| Vasilenko et al. | Selection of slow molecules by the methods of coherent transient processes | |
| Köhler | Transverse electron beam dynamics in the beam loading regime |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040417 |