ИЗЛУЧЕНИЕ ЧАСТИЦ В УСКОРИТЕЛЯХ

ИЗЛУЧЕНИЕ ЧАСТИЦ В УСКОРИТЕЛЯХ

- излучение эл.-магн. волн заряж. частицами в ускорителях. В линейных ускорителях излучение, связанное с ускорением частиц, незначительно, т. к. при прямолинейном движении ускорение частиц невелико. В цнклич. ускорителях из-за искривления траектории магн. полем ускорение частиц (центростремительное) остаётся конечным даже при постоянстве величины скорости в релятивистской области и вызванное им эл.-магн. излучение (синхротронное излучение )может существенно сказаться на динамике частиц. Для релятивистских частиц синхротронное излучение обладает характерными особенностями: 1) сильной угл. направленностью излучения - оно сосредоточено в основном в узком конусе с углом раствора порядка g=E/т ₀ с ² (E - полная энергия частицы, т ₀- её масса покоя); 2) наличием интенсивных высш. гармоник - макс, интенсивность приходится на гармонику с частотой в g³ раз больше частоты обращения частицы; 3) сильной зависимостью излучения от энергии частицы - мощность излучения Р пропорц. квадрату энергии при фиксированном магн. поле и четвёртой степени энергии при фиксированном радиусе кривизны орбиты R:

( В - магн. индукция, е - заряд частицы). Из (1) видно, что при данной энергии частицы мощность излучения обратно пропорциональна четвёртой степени массы покоя частицы, поэтому синхротронное излучение практически несущественно в совр. ускорителях для тяжёлых частиц (ионов, протонов) и играет определяющую роль в электронных ускорителях на большие энергии. Соотношение (1) ставит предел техн. возможностям циклич. электронных ускорителей, требуя больших ускоряющих полей для компенсации потерь на излучение: для достижения энергии E _т необходимо выполнение условия

где E _макс - макс. технически достижимое ср. значение ускоряющего электрич. поля. <Излучение существенно сказывается на динамике электронов в ускорителях. Благодаря узкой направленности излучения на электрон действует сила отдачи F _рад⁼ Р/с, направленная противоположно скорости v (рис.; z - направление вертик. колебаний орбиты).Её составляющая F_|| вдоль ср. траектории частицы вызывает уменьшение энергии продольного движения, к-рое в ускорителе или накопителе компенсируется дополнит. набором энергии от ускоряющей системы (равновесная фаза частицы смещается выше к максимуму напряжения). Составляющая F_^, направленная противоположно скорости поперечных (бетатронных)колебаний, играет роль силы трения и вызывает затухание поперечных колебаний (т. н. радиац. затухание).

Такойпростой механизм имеет место для вертик. колебаний. Для радиальных бетатронных колебаний картина осложняется взаимодействием с синхротронными азимутально-радиальными колебаниями, в результате к-рого вносимое радиальной силой отдачи радиац. затухание распределяется между радиальными бетатронными колебаниями и синхротронными колебаниями. При этом в зависимости от параметров магн. системы может даже происходить радиац. раскачка бетатронных или синхротронных колебаний. Чтобы избежать этого, вводят дополнит. связь между колебаниями, перераспределяющую декременты затухания. <Благодаря радиац. затуханию, приводящему к сильному сжатию частиц пучка к равновесной орбите, удаётся в накопителях электронов и позитронов накапливать значит. заряд в узкой области вокруг орбиты. Предел сжатию орбит накладывается раскачкой колебаний, обусловленной квантовым характером излучения: потеря энергии электрона на излучение происходит отд. квантами, в случайные моменты времени и в случайном направлении, что эквивалентно нек-рой "шумовой раскачке" колебат. системы случайными силами. Взаимодействием этих противоборствующих тенденций - радиац. затухания и квантовой раскачки - и определяется стационарное значение амплитуд колебаний частиц в пучке. <Синхротронное излучение имеет само по себе большое прикладное значение. Расширяется применение синхротронов в качестве генераторов синхротронного излучения, обладающих рядом преимуществ перед др. существующими источниками (высокая интенсивность, коллимированность, поляризация, лёгкость управления и т. д.).Лит.: Коломенский А. А., Физические основы методов ускорения заряженных частиц, М., 1980; Лебедев А. Н., Шальнов А. В., Основы физики и техники ускорителей, ч. 1 - Ускорители заряженных частиц, М., 1981. Э. Л. Бурштейн.

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