SU1624713A1 - Method of obtaining pulsed electron beam - Google Patents
Method of obtaining pulsed electron beam Download PDFInfo
- Publication number
- SU1624713A1 SU1624713A1 SU894699658A SU4699658A SU1624713A1 SU 1624713 A1 SU1624713 A1 SU 1624713A1 SU 894699658 A SU894699658 A SU 894699658A SU 4699658 A SU4699658 A SU 4699658A SU 1624713 A1 SU1624713 A1 SU 1624713A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- electrons
- dielectric
- magnetic field
- electron
- energy
- Prior art date
Links
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к технике генерации ионизирующих излучений. Цель изобретени - упрощение способа получени импульсных пучков пол ризованных электронов . Изобретение предусматривает воздействие на электроны, накопленные на поверхности диэлектрика, ориентированными перпендикул рно поверхности электрическим и магнитным пол ми. Величину индуктивности магнитного пол выбирают такой, чтобы энерги теплового движени спинов накопленных электронов была меньше разности энергий спинов, ориентированных вдоль и навстречу масштабному полю. Привод тс выражени дл расчета напр женности электрического и магнитного полей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. ИThe invention relates to a technique for the generation of ionizing radiation. The purpose of the invention is to simplify the method for producing pulsed beams of polarized electrons. The invention provides for the effect on electrons accumulated on the surface of a dielectric, which are oriented perpendicular to the surface by electric and magnetic fields. The inductance of the magnetic field is chosen such that the energy of the thermal motion of the spins of the accumulated electrons is less than the difference of the energies of the spins oriented along and against the scale field. Expressions are given to calculate the strength of the electric and magnetic fields. 2 hp f-ly, 2 ill. AND
Description
Изобретение относитс к методам получени пучков пол ризованных частиц и может быть использовано при создании источников пол ризованных электронов дл ускорителей.The invention relates to methods for producing beams of polarized particles and can be used to create sources of polarized electrons for accelerators.
Целью изобретени вл етс упрощение способа получени импульсного пучка пол ризованных электронов.The aim of the invention is to simplify the method for producing a pulsed beam of polarized electrons.
На фиг. 1 схематично изображено устройство дл реализации способа; на фиг. 2 приведена зависимость потенциала (рот Z.FIG. 1 schematically shows a device for implementing the method; in fig. 2 shows the dependence of the potential (mouth Z.
Способ получени импульсного пучка пол ризованных электронов осуществл ют следующим образом.The method for producing a pulsed beam of polarized electrons is carried out as follows.
На плоскую поверхность 1 диэлектрика (фиг. 1), расположенную в плоскости XY, помещают электроны, что можно сделать, например , электризацией трением либо с помощью вспомогательной электронной пушки 2, из которой на поверхность диэлектрика направл ют пучок 3 электронов низкой энергии. В области локализации электронов создают магнитное поле (§ на фиг. 1), перпендикул рное поверхности диэлектрика . При наличии магнитного пол возможны два состо ни пол ризации электрона: со спиновым магнитным элементом, направленным вдоль магнитного пол , и с Противоположно направленным спиновым магнитным моментом. Первое состо ние вл етс энергетически более выгодным, и при выборе величины магнитного пол , при которой разность энергий этих состо ний больше энергии теплового движени спинов электронов, практически все электроны перейдут в это состо ние через врем , равное времени релаксации спинов в магнитном поле, т.е. степень пол ризации наклонных электронов будет близка к 100%. Создава после этого электрическое поле(Е на фиг. 1), перпендикул рное поверхности диэлектрика, можно сн ть эти электроны сElectrons are placed on the flat surface 1 of the dielectric (Fig. 1) located in the XY plane, which can be done, for example, by electrifying by friction or using an auxiliary electron gun 2 from which a beam of low-energy electrons 3 is directed onto the surface of the dielectric. In the field of electron localization, a magnetic field is created (§ in Fig. 1) perpendicular to the surface of the dielectric. In the presence of a magnetic field, two states of electron polarization are possible: with a spin magnetic element directed along the magnetic field, and with an oppositely directed spin magnetic moment. The first state is energetically more favorable, and when choosing the magnitude of the magnetic field in which the difference between the energies of these states is greater than the energy of the thermal motion of the electron spins, almost all electrons enter this state in a time equal to the spin relaxation time in the magnetic field, t . the degree of polarization of oblique electrons will be close to 100%. After creating an electric field (E in FIG. 1), perpendicular to the surface of the dielectric, these electrons can be removed from
О hO 4About hO 4
СОWITH
поверхности диэлектрика и сформировать из них пучок пол ризованных электронов. Практически это сделать легко, так как магнитное поле, перпендикул рное поверхности диэлектрика, направлено вдоль траектории этого пучка. Частота повторени импульсов тока пучка определ етс вре- менем релаксации спинов, которое в рассматриваемых услови х не превышает 1СГ3с.dielectric surfaces and form a beam of polarized electrons from them. Practically, this is easy to do, since the magnetic field, perpendicular to the surface of the dielectric, is directed along the path of this beam. The repetition frequency of the beam current pulses is determined by the spin relaxation time, which under the conditions under consideration does not exceed 1 G3s.
Величина электрического пол , требуема дл получени пучка пол ризованных электронов заданной интенсивности, определ етс следующим образом.The magnitude of the electric field required to produce a beam of polarized electrons of a given intensity is determined as follows.
Энергетические уровни электрона на поверхности диэлектрика описываютс следующим соотношением:The energy levels of the electron on the surface of the dielectric are described by the following relationship:
2Л2Ј0 , Гех272m 2Л2Ј0, Гехх272m
(-Ј0 Z О (-Ј0 Z O
где п - главное квантовое число (п where n is the principal quantum number (n
1,2,3,...);1,2,3, ...);
ге - классический радиус электрона, м: Л: - комптоновска длина волны, м; ЕО энерги поко электрона, Дж;ge is the classical electron radius, m: L: —Compton wavelength, m; EO is the rest energy of an electron, J;
Ј J
Z л (F + 1 Б Диэлектрическа посто нна диэлектрика.Z l (F + 1 B Dielectric constant of the dielectric.
При этом потенциал изображени имеет видThe potential of the image is
-f(2) -f (2)
При наличии электрического пол Е, нормального к поверхности диэлектрика,In the presence of an electric field E, normal to the surface of the dielectric,
p ,(3)p, (3)
где ЕО - напр женность электрического пол , В/м.where EO is the intensity of the electric field, V / m.
Зависимость потенциала от Z показана на фиг, 2 при отсутствии (пунктир) и наличии (сплошна крива ) электрического пол . При наличии электрического пол прозрачность барьера D дл электрона с энергией ЕП, как известно, равнаThe dependence of the potential on Z is shown in FIG. 2, in the absence (dashed line) and the presence (continuous curve) of an electric field. In the presence of an electric field, the transparency of the barrier D for an electron with an energy of EP is known to be
-Ј vЈT/Vep(z)-en -Ј vЈT / Vep (z) -en
DD
Z1Z1
(4)(four)
где)- посто нна планка, Дж с;where) - constant plank, js;
с - скорость света, м/с;c is the speed of light, m / s;
величины Zi и 7.г показаны на фиг. 2.Zi and 7.d are shown in FIG. 2
Подставл потенциал (3) в(4) и провод интегрирование, получимSubstituting the potential (3) into (4) and the wire integration, we get
5050
D 47T2Z2cr ,ге ,3 (л) хD 47T2Z2cr, g, 3 (l) x
хехр /-JSj K -./1+у-/ П- , « °v «гhehr / -JSj K -./1+-/ P-, "° v" g
. УГЕ(У 2j-(t V;c-1 . UGE (Y 2j- (t V; c-1
D exp{ C V2Ј°EoZ2 (Zi+Z2)x 55L кD exp {C V2Ј ° EoZ2 (Zi + Z2) x 55L to
xE()2ZlK( }|(5)xE () 2ZlK (} | (5)
где К, Е - полные эллиптические интегралы соответственно первого и второго рода. Пользу сь соотношениемwhere K, E are complete elliptic integrals of the first and second kind, respectively. Use ratio
ep(Zi)ey(Z2)en(6)ep (Zi) ey (Z2) en (6)
и формулами (1) и (3), определим Zi и 7.2. Подставл их значени в (5), получимand formulas (1) and (3), we define Zi and 7.2. Substituting their values in (5), we get
к-1k-1
Веро тность прохождени частицы через барьер за врем определ етс , как известно , следующим соотношением P-Dfr, (9)The timeliness of a particle passing through the barrier over time is determined, as is well known, by the following ratio P-Dfr, (9)
где f - частота колебаний, с , электрона к потенциальной ме (3), котора , как легко показать, дл частицы с энергией Јп равнаwhere f is the oscillation frequency, s, of an electron to potential I (3), which, as it is easy to show, for a particle with energy Јn is equal to
fnfn
4rt2Z2C ,Ге-.з4rt2Z2C, Ge-.z
П3геP3ge
( е N ;(e N;
(с)(with)
(10)(ten)
Подставл (8) и (10) в (9), получимSubstituting (8) and (10) into (9), we get
D 4л:2г2сг хге 4.3 Рп RISfc} ND 4л: 2г2сг хге 4.3 Рп RISfc} N
3535
и exp Jк (|and exp Jк (|
++
(11)(eleven)
1 one
или дл электрона в основном состо нии п 1or for an electron in the ground state
D 47T2Z2cr ,ге ,3 (л) хD 47T2Z2cr, g, 3 (l) x
Если на поверхности диэлектрика было накоплено N электронов, то число электронов в пучке 4 (фиг. 1), очевидно, равно PiN, т.е. импульсный ток этого пучкаIf N electrons were accumulated on the dielectric surface, then the number of electrons in beam 4 (Fig. 1) is obviously equal to PiN, i.e. pulsed current of this beam
1 (13)1 (13)
Следовательно, дл получени импульсного тока пучка пол ризованных электронов , равного I, должно выполн тьс условиеTherefore, to obtain a pulsed current of a beam of polarized electrons equal to I, the condition
47T2Z2cN Лечз47T2Z2cN Lechz
Рассмотрим пример практической реализации предлагаемого способа.Consider an example of the practical implementation of the proposed method.
Пусть на поверхность оргстекла с Ј 2,2 площадью 10 м (1 на фиг. 1) из электронной пушки 2 направл ют электронный пучок 3 с током 0,2 мА и энергией электронов , например, 100 эВ. За врем 10 с на поверхности диэлектрика накопитс зар д 2 Кл, т.е. N 1,2 1013 электронов. К диэлектрику прикладывают магнитное поле , перпендикул рное его поверхности. При этом энергетические уровни электронов расщепл ютс . Энергетически более выгодным вл етс состо ние, в котором спиновый магнитный момент электрона параллелен внешнему магнитному полю. Поэтому все электроны чрез врем , равное времени релаксации спинов, перейдут в это состо ние при условии, что энерги теплового движени меньше разности энергий указанных энергетических уровней. Энерги теплового движени , приход ща с на одну степень свободы, равна, как известноLet an electron beam 3 with a current of 0.2 mA and an electron energy, for example, 100 eV, be directed from an electron gun 2 to an Plexiglas surface with Ј 2.2 with an area of 10 m (1 in Fig. 1). In a time of 10 s, a charge of 2 C accumulates on the surface of the dielectric, i.e. N 1,2 1013 electrons. A magnetic field perpendicular to its surface is applied to the dielectric. In this case, the energy levels of the electrons are split. It is energetically more advantageous to have a state in which the electron spin magnetic moment is parallel to an external magnetic field. Therefore, all the electrons through time, equal to the relaxation time of the spins, pass into this state, provided that the energy of thermal motion is less than the difference of the energies of the indicated energy levels. The energy of thermal motion, which is per degree of freedom, is equal to
1one
kT, а разность энергий спина электрона в kT, and the electron spin energy difference in
магнитном поле - 2,м В. Поэтому переход в наиболее выгодное энергетически состо ние произойдет при условииmagnetic field - 2, m V. Therefore, the transition to the most favorable energy state will occur under the condition
2/ B 1/2kT(15)2 / B 1 / 2kT (15)
илиor
В Ь (16)B (16)
Например, при Т 10 К, В 3,7 Тл.For example, at T 10 K, B 3.7 T.
После накоплени электронов на поверхности диэлектрика через врем , равное времени релаксации их спинов, можноAfter the accumulation of electrons on the surface of the dielectric after a time equal to the relaxation time of their spins,
включить электрическое поле дн их отрыва от поверхности. Пользу сь формулами (14) и (8), найдем требуемую дл этого величину электрического пол . При рассмотрен- 5 ных выше услови х (е 2,2, N 1,2- 1013) расчет показывает, что дл получени импульсного тока пучка пол ризационных электронов, например, 0,5 А требуетс электрическое поле Е 9,2 106 В/м. Получитьturn on the electric field on the day of their separation from the surface. Using formulas (14) and (8), we find the value of the electric field required for this. Under the conditions discussed above (e 2.2, N 1.2-1013), the calculation shows that to obtain a pulsed current of a beam of polarization electrons, for example, 0.5 A, an electric field E 9.2 106 V / is required. m Receive
10 электрическое поле такой напр женности не составл ет труда.10, the electric field of such intensity is easy.
В случае накоплени электронов на поверхности ферродиэлектрика с кубической кристаллической решеткой величину индук15 ции магнитного пол , перпендикул рного поверхности ферродиэлектрика, выбирают равной индукции его насыщени . Дл реальных ферродиэлектриков эти величины составл ют обычно 0,15-0,45 Тл. Пусть наIn the case of accumulation of electrons on the surface of a ferrodielectric with a cubic crystal lattice, the magnitude of the induction of the magnetic field perpendicular to the surface of the ferrodielectric is chosen equal to the induction of its saturation. For real ferrodielectrics, these values are usually 0.15-0.45 T. Let on
20 поверхности ферродиэлектрика, как и в предыдущем примере накоплено с помощью электронной пушки (1 на фиг. 1) N 1,2 1013 электронов за с. Через врем , равное времени релаксации спинов на25 копленных электронов, каждый из них будет ориентирован в направлении намагничивани ближайшего к нему кристаллита поликристалла . Этот процесс будет происходить при комнатной температуре и относительно20, the surface of a ferrodielectric, as in the previous example, is accumulated using an electron gun (1 in Fig. 1) N 1.2 1013 electrons per sec. After a time equal to the relaxation time of the spins of the accumulated electrons, each of them will be oriented in the direction of magnetization of the closest crystalline polycrystal to it. This process will occur at room temperature and relatively
30 небольших пол х(0,15-0,45Тл, как указано выше), так как взаимодействие в случае ферродиэлектрика имеет вследствие обменного взаимодействи коллективный характер. Расчет по формулам (14) и (8) показывает,30 small fields x (0.15-0.45 Tl, as indicated above), since the interaction in the case of a ferrodielectric has a collective character due to the exchange interaction. The calculation by the formulas (14) and (8) shows
35 что в данйом случае дл реальных параметров феррита электрическое поле, требуемое дл получени импульсного тока пучка 0,5 А, имеет величину пор дка сотен киловольт на сантиметр.35 that in this case, for real parameters of ferrite, the electric field required to obtain a pulsed beam current of 0.5 A has a value in the order of hundreds of kilovolts per centimeter.
4040
Определим степень пол ризации пучка пол ризованных электронов в рассматриваемом примере. Согласно основным свойствам спиноров дл электрона с на45 правлением спина под углом в к направлению магнитного пол веро тность обнаружить спин в направлении пол равнаLet us determine the degree of polarization of the beam of polarized electrons in the considered example. According to the main properties of the spinors for an electron with a spin spin at an angle in the direction of the magnetic field, the probability to detect a spin in the direction of the field is equal to
2 0 cos -n, а в противоположном направлении2 0 cos -n, and in the opposite direction
- sin2 - . Следовательно, степень пол ризации этого электрона в направлении пол - sin2 -. Consequently, the degree of polarization of this electron in the direction of polarization
Рл cos Cos cos
вat
sinsin
2 в cos в2 in cos in
(17)(17)
Счита , что кристаллиты в поликристалле расположены хаотически, определим степень пол ризации электронов, усредн выражение (17)Assuming that the crystallites in a polycrystal are arranged chaotically, we determine the degree of polarization of the electrons, the expression (17) is averaged
где dQ- элемент телесного угла;where dQ is a solid angle element;
вт - максимальный угол между направлением спина электрона и направлением магнитного пол , т.е. максимальный угол между осью легкого намагничивани кристаллита поликристалла и направлением внешнего магнитного пол .W is the maximum angle between the direction of the electron spin and the direction of the magnetic field, i.e. maximum angle between the axis of easy magnetization of the polycrystal crystallite and the direction of the external magnetic field.
Поскольку в ю, ическом кристалле имеютс три оси легкого намагничивани , то каждый из кристаллитов будет намагничен вдоль той из них, котора отстоит от направлени магнитного пол на наименьший угол Легко видеть поэтому, что tg вт VJ2TSince there are three easy magnetization axes in a second crystal, each of the crystallites will be magnetized along the one of them that is at the smallest angle away from the magnetic field direction. Therefore, it is easy to see that tg tu VJ2T
,54040, cos2 0,79., 54040, cos2 0.79.
Таким образом, в рассмотренном примере путем накоплени электронов на поверхности поликристаллического ферро- диэлектрика с кубической решеткой можно получить пучок электронов с импупьсным током 0,5 А и степенью пол ризации около 80%.Thus, in the considered example, by accumulating electrons on the surface of a polycrystalline ferroelectric with a cubic lattice, an electron beam with an impulse current of 0.5 A and a degree of polarization of about 80% can be obtained.
Более высокую степень пол ризации можно получить путем накоплени электронов нэ поверхности монокристаллического ферродиэлектрика. В этом случае, направл магнитное и электрическое полт вдоль оси легкого намагничивани монокристалла , получим пучок электронов со степенью пол ризации 100% (и с той же интенсивно- стью 0,5 А), так как все электроны на поверхности диэлектрика по истечении времени релаксации спинов будут пол ризованы в направлении оси легкого намагничивани .A higher degree of polarization can be obtained by the accumulation of electrons on the surface of a single-crystal ferrodielectric. In this case, we directed the magnetic and electric half along the axis of easy magnetization of the single crystal, we obtain an electron beam with a degree of polarization of 100% (and with the same intensity 0.5 A), since all electrons on the surface of the dielectric after the spin relaxation time will be polarized in the direction of the axis of easy magnetization.
На основе данного способа может быть получен пучок электронов со степенью по- л ризации 100%, импульсным током пучка 0,5 А, частотой следовани импульсов 100 Гц.Based on this method, an electron beam with a degree of polarization of 100%, a pulsed beam current of 0.5 A, a pulse frequency of 100 Hz can be obtained.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894699658A SU1624713A1 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Method of obtaining pulsed electron beam |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894699658A SU1624713A1 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Method of obtaining pulsed electron beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1624713A1 true SU1624713A1 (en) | 1991-01-30 |
Family
ID=21451535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894699658A SU1624713A1 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Method of obtaining pulsed electron beam |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1624713A1 (en) |
-
1989
- 1989-06-05 SU SU894699658A patent/SU1624713A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Войпрант и др. Применение источника пол ризованных электронов на основе эффекта Фано дл исследовани рассе ни электронов малых энергий на атомах. - ПТИ, , 1978, с. 1-121. Авторское свидетельство СССР N 1566520, кл. Н 05 Н 7/00, 20.09.88. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0436522A2 (en) | Source of coherent short wavelength radiation | |
US5475228A (en) | Unipolar blocking method and apparatus for monitoring electrically charged particles | |
JPH04193329A (en) | Apparatus for ion recovery | |
Cohen | ENHANCEMENT OF FERROMAGNETIC SHIELDING AGAINST LOW‐FREQUENCY MAGNETIC FIELDS | |
Yamashita et al. | Magnetic‐Field Dependence of Josephson Current Influenced by Self‐Field | |
Wang et al. | Generation of short hard-x-ray pulses of tailored duration using a Mössbauer source | |
SU1624713A1 (en) | Method of obtaining pulsed electron beam | |
US3676693A (en) | Method for the production of an ion beam having a large cross-sectional area | |
JPH03501429A (en) | Holographic resonance system using electromagnetic acoustic effects | |
Humphries Jr et al. | Microsecond operation of a general purpose pulsed proton gun | |
US3700899A (en) | Method for producing a beam of polarized atoms | |
Ivanov | Generation of cyclotron radiation by light holes in germanium | |
RU2127935C1 (en) | Method and device for producing laser gamma radiation | |
RU2120678C1 (en) | Method for generation of coherent beam of particles and device which implements said method | |
Kim | A survey of synchrotron radiation devices producing circular or variable polarization | |
Ting et al. | Effects Of Radiation Damping On Beam Quality In The Inverse free Electron laser Accelerator | |
Smolyakov | Planar microundulator with rectangular grooved poles | |
US4365160A (en) | Brightness enhancement of positron sources | |
Stenholm | Light forces put a handle on the atom: To cool and trap atoms by laser light | |
RU2095897C1 (en) | Autoelectronic electromagnetic radiation modulator | |
SU1566520A1 (en) | Method of obtaining pulsing bundles of polarized sections | |
Mook et al. | A Magnetically Pulsed Neutron Beam for Time‐of‐Flight Measurements of Inelastic Scattering | |
Patel et al. | Polarization Studies of Raman Scattering from InSb Magnetoplasmas | |
Winkler et al. | High current pulsed quadrupole lenses | |
Lawson | Electron ring accelerators a cheap path to very high energy protons? |