SU1670825A2

SU1670825A2 - Способ получени импульсных пучков пол ризованных электронов

Info

Publication number: SU1670825A2
Application number: SU884458942A
Authority: SU
Inventors: Александр Маркович Шендерович; Владимир Павлович Ефимов; Валерий Викторович Закутин; Игорь Евгеньевич Кулешов
Original assignee: Предприятие П/Я В-8851
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1991-08-15

Abstract

Изобретение относитс к ускорительной технике и может быть использовано при генерации потоков пол ризованных электронов в резонаторных ускорител х. Цель изобретени - повышение электрической прочности резонатора. Пучок 1 пол ризованных по спину электрона атомов водорода или щелочных металлов направл ют в ВЧ-резонатор 2, возбуждаемый модулированным электронным пучком 3. Возбуждающий пучок 3 направл ют таким образом, чтобы после возбуждени в резонаторе 2 высокочастотного ускор ющего пол он попал на рентгеновскую мишень 4, совмещенную с внутренней поверхностью стенки резонатора. Возникающее рентгеновское излучение способствует более интенсивной ионизации пучка 1 пол ризованных атомов. Образовавшиес при этом свободные пол ризованные электроны, ускор сь в электрическом поле в резонаторе, также производ т акты ионизации и возбуждени других пол ризованных атомов. При этом излучаютс фотоны, которые также участвуют в процессе ионизации. Благодар этому число пол ризованных электронов растет, а увеличение числа ионизированных атомов вследствие воздействи рентгеновского излучени позвол ет уменьшить требуемую дл автоионизации напр женности высокочастотного электрического пол , что позвол ет повысить электрическую прочность резонатора. 1 ил.

Description

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 с ТЕоми-волной, электронный пучок 3, рентгеновскую мишень 4, поток 5 рентгеновскою излучения и пучок 6 поляризованных электронов.

Реализация способа получения импульсных пучков поляризованных электронов осуществляется следующим образом. Пучок 1 поляризованных по спину электрона атомов водорода или щелочного металла направляют в высокочастотный резонатор 2. в кот ором с помощью модулированного пучка электронов 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 стенку 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, ускоряясь в электрическом поле в резонаторе, производят акты ионизации и возбуждения других поляризованных атомов.

Электроны в возбужденных атомах при переходе в основное состояние излучают фотоны, которые могут ионизировать другие возбужденные атомы. В результате этих процессов число свободных поляризованных электронов лавинообразно возрастает. Образовавшийся пучок 6 поляризованных электронов выводится из резонатора.

Особенностью способа является использование для предварительного возбуждения и ионизации поляризованных атомов рентгеновского излучения, создаваемого возбуждающим электронным пучком при его поглощении во внутренней стенке резонатора. Наличие большого числа возбужденных и ионизированных под действием рентгеновских лучей атомов приводит к увеличению коэффициента к в выражении для коэффициента прозрачности потенциального барьера О:

‘ D ( ε , Е ) v tn > κ/k , где ε ,ν - соответственно энергия, Дж, и частота, Гц, колебаний валентного электрона в атоме, ~ требуемая длительность импульса тока пучка поляризованных электронов, с: к - коэффициент размножения электронов за счет ударной ионизации атомов, равный отношению полного числа образовавшихся свободных электронов к числу свободных электронов, вылетающих из атома за счет туннельного эффекта за время ; к ~ максимально достижимое отношение числа образовавшихся ионов к первоначальному числу атомов. А следовательно, к уменьшению требуемой для автоионизации напряженности высокочастотного электрического поля. Кроме того, для ионизации возбужденных поддействием рентгеновских лучей атомов требуется значительно меньшая напряженность электрического поля чем для невозбужденных атомов.

Пример. Пусть пучок 1 поляризованных атомов водорода с интенсивностью 10¹⁷атомов в секунду поступает в резонатор 2, работающий на ТЕ_Он-волне и накапливаются там в течение 10'² с. В результате в резонаторе накапливается 10¹⁵ атомов. Объем такого резонатора составляет 50см³, следовательно, плотность атомов в резонаторе п=2 · 10¹³ ат/см³.

Затем в резонатор направляют возбуждающий пучок 3 электронов. Пусть, например, ток этого пучка составляет 800 А, энергия частиц 100 кэВ. длительность импульса 3 мкс. Получение пучка с такими параметрами является вполне реальным. При поглощении электронного пучка в стенке резонатора образуется тормозное рентгеновское 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 -10⁵ /Вт. На расстоянии 3 см мощность излучения составляет 2 · 10³ Вт/см². Учитывая, что основная часть мощности тормозного излучения заключена в диапазоне энергий от 0 до 20% энергии электронов, получим, что вероятность ионизации атома в единицу времени равна 0,3. Следовательно, за время равное длительности импульса возбуждающего электронного пучка 3 мкс. будет ионизировано 10 ⁶ всех атомов, т. е. образуется 10⁹ свободных поляризованных электронов.

Сравнивая это число с числом свободных поляризованных электронов, образую5 щихся за счет автоионизации в способепрототипе (10^я), можно сделать вывод, что в одних и тех же условиях в предлагаемом способе под действием рентгеновского излучения образуется в 10 раз больше свобод- 5 ных 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 умень- 15 шить требуемую напряженность электрического поля, поскольку для автоионизации, например, атомов водорода с первого возбужденного уровня требуется напряженность поля 5· 10⁶ В/см, а для 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 к=5 ΊΟ⁴, получение которого является вполне реальным, будет получено 5· 10'³ поляризованных электронов. Полагая, что эффективность вывода поляризованных электронов из резонатора 10% получим ток 10 поляризованных электронов 0,4 А в импульсе длительностью 2 мкс.

Claims

Формула изобретения

Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов по авт. св. № 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.