ОНДУЛЯТОР

ОНДУЛЯТОР

       

(франц. ondulateur, от onde — волна), устройство, в к-ром создаются периодич. поля, действующие на проходящие через него заряж. ч-цы с периодич. силой, удовлетворяющей условию: среднее за период значение силы равно нулю. Движущаяся заряж. ч-ца, попав в О., совершает периодич. колебательно-поступат. движение, т. е. явл. осциллятором, движущимся равномерно и прямолинейно; такая ч-ца испускает ондуляторное излучение. Наиболее распространённые траектории ч-цы в О.— синусоиды и спирали.

Схема ондулятора со знакопеременным магн. полем. Траектория ч-цы е лежит в плоскости, перпендикулярной рисунку. Стрелками указаны направления магн. силовых линий. l0 — длина периода траектории ч-цы а ондуляторе.

По виду создаваемых полей О. делятся на два типа. В О. 1-го типа поля периодически изменяются в пр-ве или во времени (знакопеременное магн. поле (рис.), винтовое магн. поле, ВЧ электрич. поле, поле эл.-магн. волны и т. д.). В О. 2-го типа действуют статические фокусирующие магн. и электрич. поля (однородное магн. поле, скрещённые однородные электрич. и магн. поля, квадрупольное электрич. поле и т. д.). Длина периода траектории ч-цы в О. 1-го типа задаётся периодом поля О., зависит от угла и координаты вхождения ч-цы в О. и в релятивистском случае не зависит от её энергии. В О. 2-го типа длина периода траектории ч-цы определяется фокусирующими св-вами полей (градиентом, величиной), амплитудой колебания ч-цы (задаётся углом и координатой ее вхождения в О.), энергией ч-цы.

Природными О. явл. кристаллы. Внутрикрист. электрич. поле, усреднённое по поверхностям плоскостей, параллельных кристаллографическим, или по длинам прямых, параллельных осям кристалла, явл. фокусирующим для заряж. ч-цы (см. КАНАЛИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ). В то же время усреднённое внутрикрист. электрич. поле явл. периодич. ф-цией расстояния, отсчитываемого по прямой, пересекающей кристаллографич. плоскости. Поэтому если угол и координата вхождения ч-цы в кристалл таковы, что она пересекает кристаллографич. плоскости, то кристалл подобен О. 1-го типа. Длина периода траектории ч-цы в этом случае определяется межплоскостным расстоянием и углом между вектором ср. скорости ч-цы и кристаллографич. плоскостями. Если же нач. условия таковы, что ч-цы попадают в режим плоскостного или осевого каналирования, то кристалл подобен О. 2-го типа.

О. находят широкое применение. Они могут служить источниками излучения, использоваться для усиления эл.-магн. волн (см. ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ) и ускорения ч-ц эл.-магн. волной; О. применяются в масс-спектрометрах для разделения изотопов, в системах ввода ионов в магн. ловушки, для сепарации пучка ч-ц, для создания угл. разброса ч-ц пучка, создания сгруппированных пучков. С помощью О. можно осуществлять оптич. индикацию пучков электронных и протонных синхротронов и накопителей и управлять их параметрами.

В источниках индуцированного ондуляторного излучения, ондуляторных линейных ускорителях, устройствах для группировки (банчировки) ч-ц в ускорителях, системах индикации пучков и в др. установках может оказаться целесообразным применение О. с плавно меняющимися параметрами— длиной периода траектории ч-цы, величинами магн. и электрич. полей и т. д. В таком О. можно, напр., добиться увеличения времени резонансного вз-ствия ч-ц с эл.-магн. волной, расширения диапазона частот спектра спонтанного ондуляторного излучения.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ОНДУЛЯТОР

(франц. onclulateur, отonde - волна), устройство, в к-ром создаются эл.-магн. поля, действующиена движущиеся в нём заряж. частицы с периодич. силой, удовлетворяющей условию:среднее за период значение силы равно нулю. Движущаяся заряж. частица, <попав в О., совершает периодич. колебат. движение и испускает ондуляторноеизлучение. Заряж. частицу в О. можно считать возбуждённым осциллятором, движущимся равномерно и прямолинейно. Наиб. распространённые траекториизаряж. частицы - синусоиды и спирали.

Схема ондулятора со знакопеременным магнитнымполем. Траектория частиц (электрона е )лежит в плоскости, перпендикулярнойрисунку.- длина периода траектории частицы.

По виду создаваемых полей О. делятся надва типа. В О. 1-го типа поля периодически изменяются в пространстве иливо времени [знакопеременное магн. поле (рис.), винтовое магн. поле, ВЧ-электрич. <поле, поле эл.-магн. волны и т. д.]. В О. 2-го типа действуют ста-тич. <фокусирующие магн. и электрич. поля (однородное магн. поле, скрещенныеоднородные электрич. и магн. поля, квадрупольное электрич. поле и т. д.).Длина периода траектории частицы в О. 1-го типа задаётся периодом поляО. и в релятивистском случае не зависит от её энергии. В О. 2-го типа длинапериода траектории частицы определяется фокусирующими свойствами полей(градиентом, величиной), амплитудой колебания частицы (задаётся углом икоординатой её вхождения в О.), энергией частицы. О. делят также на статические(постоянные во времени электрич. и магн. поля) и динамические (быстро изменяющиесяво времени эл.-магн. поля).
Природные О. - кристаллы. Усреднённоевпутрикристаллич. электрич. поле является фокусирующим для заряж. частицы(см. Каналирование наряженных частиц )и в то же время - периодич. <ф-цией расстояния, отсчитываемого вдоль прямой, пересекающей кристаллография, <плоскости. Поэтому, если угол и координата вхождения частицы в кристаллтаковы, что она пересекает кристаллографич. плоскости, то кристалл подобенО. 1-го типа. Длина периода траектории частицы в этом случае определяетсямежплоскостным расстоянием и углом между вектором ср. скорости частицыи кристаллографич. плоскостями. Если же нач. условия таковы, что частицыпопадают в режим плоскостного или осевого каналирования, то кристалл подобенО. 2-го типа.
О. нашли широкое применение: они могутслужить источниками ондуляторного излучения, использоваться в лазерахна свободных электронах, в быстродействующих системах индикации протонныхпучков высоких энергий, в системах управления параметрами пучков заряж. <частиц, использующих фокусирующие свойства О. и радиац. трение частиц, <возникающее при испускании ими ондуляторного излучения. О. могут использоватьсяв масс-сепараторах хим. элементов и их изотопов, в ондуляторных линейныхускорителях заряж. частиц, в ондуляторных группирователях пучков заряж. <частиц. Комбинации О. 1-го и 2-го типов (напр., О. с винтовым и с соленоидальныммагн. полями) могут использоваться в масс-спектрометрах, системах вводаионов в магн. ловушки, в системах, создающих регулируемый угл. разброспучков частиц. Во мн. установках может оказаться целесообразным применениеО. с плавно меняющимися параметрами - длиной периода траектории частицы, <величинами магн. и электрич. полей и т. д. В таком О. можно, напр., добитьсяувеличения времени резонансного взаимодействия частиц с эл.-магн. волной, <расширения диапазона частот спектра спонтанного ондуляторного излучения.
В О. с переменным магн. полем могут использоватьсякак пост. магниты с чередующимися знаками полюсов (рис.), так и электромагниты. <В О. на основе электромагнитов, представляющих собой две спирали, сдвинутыедруг относительно друга на половину шага намотки и питаемые противоположнонаправленными токами, создаются винтовые (циркулярно поляризованные) магн. <поля; такие О. наз. спиральными. Комбинируя спиральные О. с одинаковыми разным направлением намотки обмоток, с одинаковым и разным шагом намоткии регулируя токи в обмотках, можно оперативно изменять величину магн. поляО. и вид его поляризации (изменять циркулярную поляризацию магн. поля налинейную или эллиптическую, а также создавать совокупность циркулярно поляризованныхполей с разл. направлениями вращения и разными периодами). Такими методамиможно генерировать ондуляторное излучение с разл. свойствами иа основнойи на высших гармониках.
В О., используемых в источниках ондуляторногоизлучения (генерация опдуляторного излучения на высших гармониках), в ондуляторныхлинейных электронных, протонных, ионных ускорителях, в масс-сепараторахи т. д., часто необходимо создавать магн. поля большой напряжённости. Вэтих случаях перспективно использование в них обычных и высокотемпературныхсверхпроводников, что позволит получать значения нанряжённостей магн. полей~10⁵10⁶ Э.

Лит.: Алексеев В. П., Бессонов Е. <Г., О способах генерирования циркулярно поляризованного электромагнитногоизлучения на ускорителях и накопителях заряженных частиц, в сб.: Труды6-го Всесоюзного совещания по использованию сиихротронного излучения, СИ-84,Новосиб., 1984; см. также лит. при ст. Ондуляторное излучение.

Е. Г. Бессонов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.