Диагностика электронных пучков низких энергий по оптическому переходному излучению тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.20, кандидат физико-математических наук Шарафутдинов, Алексей Фердаусович

• Шарафутдинов, Алексей Фердаусович
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Шарафутдинов, Алексей Фердаусович

Введение

1 Влияние параметров электронного пучка на измеряемые характеристики оптического переходного излучения.

Теоретический анализ.

2 Экспериментальная установка

2.1 Описание экспериментальной установки.

3 Измерение ориентационных зависимостей ОПИ

3.1 Измерение ориентационных зависимостей оптического переходного излучения

3.2 Измерение влияния угловой расходимости пучка на форму ориентационной зависимости переходного излучения.

4 Измерение профиля электронного пучка

4.1 Конструирование оптической системы для измерения профиля электронного пучка по оптическому переходному излучению

4.2 Экспериментальное измерение профиля электронного пучка по оптическому переходному излучению

5 Измерение угловых распределений ОПИ

5.1 Конструирование оптической системы для измерения углового распределения ОПИ.

5.2 Экспериментальное измерение углового распределения ОПИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диагностика электронных пучков низких энергий по оптическому переходному излучению»

Актуальность проблемы

В настоящее время в мире строится новое поколение ускорителей заряженных частиц, имеющих субмиллиметровые размеры пучка, увеличенную стабильность и многократно улучшенную эффективность ускорения. Это продиктовано современными требованиями к качеству ускорителей, которые планируется использовать как источники синхротронного излучения 5-го поколения и в качестве источников для лазеров на свободных электронах. При этом требования к качеству пучка ускоренных частиц постоянно возрастают, что можно проследить на примере Стенфордского линейного ускорителя, параметры пучка для которого приведены в таблице 1 [1].

Таблица 1: Сравнение параметров нескольких поколений ускорителей

SLC LCLS NLC ах(цт) 90 30 7 ау(цт) 50 30 1 oz(ßm) 1300 30 100

1(A) 700 3400 1000

P(W/m2) 2 • 1013 1 • 1013 1 • 1018

Здесь: SLC (SLAC Linear Collider) - линейный коллайдер, построенный в 1985 году, LCLS (SLAC Linac Coherent Light Source) - источник когерентного излучения на основе линейного ускорителя, планируемый к запуску в ближайшие годы, и NLC (Next Linear Collider) - линейный коллайдер нового поколения, проектирующийся в настоящий момент, ах, ау, az - характерные размеры сгустка частиц, соответственно в двух поперечных и продольном направлениях, I - пиковый ток в сгустке частиц, Р - плотность потока энергии.

Как видно из таблицы при переходе к следующему поколению ускорителей параметры пучка улучшаются в среднем на порядок. Для этих ускорителей необходимо разработать методы диагностики, позволяющие не только отслеживать параметры пучка, но и добиваться заданных характеристик, что заставляет использовать методы, позволяющие измерять заданный параметр как минимум в 10 раз лучше, чем это необходимо для ускорителей с фиксированной мишенью или накопительных колец. При этом точность существующих методов зачастую недостаточна, либо цена их реализации для заданных параметров пучка слишком высока. Все это заставляет искать новые физические принципы, на которых можно построить необходимую диагностическую аппаратуру.

Кратко рассмотрим основные параметры пучка, которые необходимо отслеживать, а также физические принципы, которые могут быть использованы для целей диагностики.

Первым и наиболее важным, особенно для коллайдеров, является положение пучка в точке встречи. Важен этот параметр и для некоторых схем лазеров на свободных электронах. Методы с использованием люминесцентных экранов не подходят в случае малых размеров пучков, так как размеры светящихся "зерен" экрана оказываются больше размеров пучка и зачастую такой экран не позволяет даже увидеть пучок или же его видимый размер многократно превышает реальный [2]. Это происходит из-за особенностей свечения таких экранов, когда свечение частиц люминофора вызывается не только падающим на экран пучком, но и вторичным излучением, возникающим в материале экрана. Это вторичное излучение, как правило, является изотропным, имеет большую интенсивность и засвечивает большое скопление частиц люминофора вокруг места попадания начального пучка. Решением этой проблемы может стать уменьшение размеров частиц люминофора и уменьшение толщины светящегося слоя одновременно с уменьшением толщины слоя подложки, на которую этот слой нанесен. Однако это может привести к тому, что такой экран будет генерировать недостаточно света для нормальных измерений. Подобные рассуждения справедливы и для проволочного сканера. Здесь критичным являются размеры проволочки и шаг ее перемещения по сечению пучка.

Еще один распространенный метод - это измерение положения пучка по взаимодействию пучка с радиочастотным излучением в резонаторе. Типичной разрешающей способностью для данного метода измерения является величина 10~41? , где И - диаметр резонатора. Так, например, для резонатора имеющего диаметр 1 см данная величина будет составлять порядка 10 мкм, что уже больше чем типичные поперечные размеры пучка и совершенно не годится для коллайдеров. Прецизионные резонаторы меньших размеров являются весьма дорогостоящими установками.

Одним из возможных и, вероятно, единственным методом определения положения микронных пучков является регистрация рентгеновского излучения возникающего при движении пучка частиц в ондуляторе или использование синхротронного излучения в рентгеновском диапазоне

3]. Достоинством метода является возможность использования данного излучения, как для определения положения пучка, так и его эмиттанса. В то же время, при всех достоинствах метода у него есть и недостатки. Так, фокусировка рентгеновского излучения является нетривиальной задачей

4]. В некоторых случаях может оказаться существенным, что не всегда возможно поместить ондулятор или поворотный магнит в месте, где непосредственно необходимо контролировать положение пучка.

Для пучков имеющих размеры порядка 10 мкм возможно использование оптического переходного излучения (ОПИ) для контроля положения пучка [1, 7]. При больших энергиях частиц (Е 10 МэВ) могут быть использованы хорошо отработанные и достаточно простые методы оптических измерений, ранее применявшиеся для измерений параметров пучков с помощью люминофора. Кроме определения центра тяжести пучка, данный метод позволяет получить также и форму распределения или профиль пучка.

Профиль пучка является важной характеристикой для коллайдеров и лазеров на свободных электронах, так как определяет один из критичных параметров для таких установок - светимость начального пучка, которая для линейного ускорителя определяется как [5]:

Рь N.

Ь = — х --х Нв, (1)

Ьст ^тгахау где: Рь - энергия пучка, Ест - центр масс, - число частиц в пучке, Но - влияние эффектов самофокусировки пучка, аХ;У - размеры пучка в точке взаимодействия.

Мониторы профиля пучка можно разделить на две категории: измерители плотности частиц (например, проволочный сканер) и измерители излучений заряженных частиц в различных внешних полях или материалах (фотография, переходное излучение, синхротронное излучение). Измерители плотности частиц имеют ограничения на размеры пучка, профиль которого они могут измерять. Это ограничивается размерами "зонда", который используется для измерений. Так, например, нельзя измерить профиль пучка имеющего размеры в несколько микрометров, используя проволочный сканер с проволочкой толщиной 10 микрометров. В работе [6] приведен пример проволочного сканера, позволяющего измерять размеры пучка в несколько десятков микрометров с точностью до 1 микрометра. Вероятно, это предел для таких измерений. Однако, использование излучения, генерируемого частицами во внешних полях или материалах, для измерения профиля пучка позволяет достичь разрешения, определяемого только длиной волны и законами волновой оптики [7]. Профилометр, основанный на детектировании электромагнитного излучения пучка частиц, позволяет отслеживать распределение частиц в пучке в режиме реального времени, а также положение каждого сгустка частиц, циркулирующих на орбите в циклических ускорителях. Проволочный же сканер требует значительных затрат времени на проведение измерений.

На сегодняшний день использование оптического переходного излучения для измерения размеров и профиля пучка частиц высокой энергии можно считать одним из основных методов диагностики [8]. Это объясняется тем, что техника измерения остается в точности такой же, как и при использовании люминофора, однако ОПИ позволяет получить гораздо больше информации о пучке. Для энергий больше 100 МэВ и больших токов измерение ОПИ не представляет больших трудностей и на сегодняшний день предложено много схем для измерения профиля пучка с использованием как прямого [9] так и обратного [1, 10] переходного излучения. Для больших значений энергий электронов (Е > 100 МэВ) при создании диагностических станций на основе ОПИ решаются чисто технические проблемы, такие как улучшение пространственного разрешения измерений [11, 12, 13].

Для энергий меньше 10 МэВ при измерении ОПИ возникают трудности, связанные с малой интенсивностью ОПИ в заданную апертуру детектора из-за его специфического характера углового распределения. При малых энергиях конус ОПИ определяется обратной величиной Лоренц-фактора 7"1 == ^- и для его регистрации требуются специальные методы, отличные от тех, что применяются на больших энергиях частиц (Ее > 100 МэВ). Тем не менее, в ряде экспериментов использовалось ОПИ для измерения профиля пучка и в случае малых энергий частиц [14, 15]. В цитируемых работах для измерения профиля пучка, имеющего энергию несколько десятков МэВ, используются специальные видеокамеры, имеющие большую чувствительность. Применение стандартной оптики хоть и позволяет увидеть пучок, но не позволяет измерить его профиль, а также не позволяет измерять профиль одного ускоренного сгустка частиц (банча), так как требует сбора и суммирования информации как минимум по нескольким банчам в виду низкой интенсивности излучения, фиксируемого камерой. Такие измерения не несут в себе дополнительной информации по сравнению с измерениями сделанными с использованием люминесцентного экрана, требуя при этом существенно больше материальных и временных затрат. Например, измерения ОПИ сделанные в работе [15] позволяют увидеть поперечные размеры пучка электронов с энергией 50 МэВ, но не позволяют получить из этих данных информацию о его профиле. Однако нет никаких принципиальных ограничений на измерение профиля отдельного банча даже для частиц низких энергий. Например, в работах [16, 17, 18] приведены примеры измерений профиля пучка электронов имеющего энергию 4-6 МэВ. В этих работах показана возможность измерения профиля пучка, однако, для измерений используется специальная техника и суммирование излучения от нескольких десятков банчей, что требует определенных временных затрат на измерения и не позволяет настраивать пучок в режиме реального времени.

Еще одним важным параметром является угловая расходимость пучка, которая определяет максимальное угловое отклонение траектории частицы от заданной. Данная величина является важным, и часто критичным, параметром, определяющим выход изучаемой реакции при столкновении двух пучков или при взаимодействии пучка с кристаллами, а также определяет яркость источника на основе синхротронного излучения.

Одним из простых способов определения угловой расходимости является измерение профиля пучка в двух местах на прямолинейном участке, отстоящих друг от друга на известное расстояние. Изменение размеров пучка позволяет оценить угловую расходимость. Другим методом является измерение параметров излучения, возникающего во внешних полях или материалах под действием заряженных частиц. Например, для этих целей может использоваться краевое излучение заряженных частиц в магнитном поле. Так же возможно использование переходного и дифракционного излучения и их интерференции [19]. В общем, для целей диагностики угловой расходимости подходит любое излучение, которое генерируется под действием поля ансамбля частиц пучка и имеет какой либо параметр, зависящий от угловой расходимости начального пучка.

Одним из первых идею использовать переходное излучение для целей диагностики угловой расходимости пучка высказал, вероятно, Вартски. В его работе [20] указано на тот факт, что направление излучения переходного излучения жестко привязано к направлению движения частицы. Помимо этого, данное излучение имеет некоторые характерные особенности, позволяющие использовать его для целей диагностики. Например, положение максимумов и интенсивность излучения определяются энергией частиц. Характерный провал, почти до нулевого уровня, точно

ОПИ совпадает с направлением движения частицы. ПИ в тонкой пластинке образует два конуса излучения с характерным углом при вершине ~ 7-1 - вдоль траектории движения частицы, так называемое ОПИ "вперед", и вблизи угла отражения от мишени - ОПИ "назад". Излучение одной частицы от любого числа границ раздела сред будет когерентным по определению [21, 22]. На основе этих характеристик ОПИ Вартски предложена схема измерения углового распределения пучка частиц на основе регистрации интерференции между двумя компонентами (вперед и назад) переходного излучения. Для этого нужно использовать сборку из двух мишеней и регистрировать интерференцию излучения вперед от первой мишени с излучением назад от второй, как это показано на рисунке 1.

Данный метод хорошо применим для частиц высоких энергий, однако в силу особенностей ПИ и конструктивных особенностей сборки из двух мишеней, не может быть использован для частиц низких энергий. Это обусловлено длинной когерентности ОПИ которая составляет 72А. Здесь 7 - Лоренц фактор, А - длина волны излучения. Эта величина показывает максимальное расстояние на котором излучение, возникающее под действием электронов, будет когерентным. Для интерферометра показанного на рисунке 1, эта величина определяет максимальное расстояние Ь между границами раздела сред, при котором еще возможно получить интерференцию ОПИ от этих двух границ. В работе [20] проведено измерение интерференции переходного излучения в таком интерферометре для электронов, имеющих энергию 60 МэВ. В этом эксперименте в качестве двух границ раздела сред в интерферометре использовалась майларовая пленка, передняя граница которой была первой границей раздела сред, а задняя - второй. Для такой энергии и указанного интерферометра, Вартски удалось получить четкую интерференционную картину в угловом распределении обратного переходного излучения. Дальнейшее развитие и экспериментальную проверку данная идея получила в работе [23]. В этой работе аналогичный интерферометр использовался для измерения угловой расходимости пучка электронов с энергией 25 МэВ, и как показал эксперимент данная методика позволяет оценивать угловую расходимость электронного пучка даже если она больше характерного угла 7-1.

Однако для величины 7 = 10 и видимого света с длинной волны Л = 0,5 ■ 10~6 мм, величина Ь составит всего 0,5 ■ Ю-4 мм. Т.е. построить оптический интерферометр для диагностики угловой расходимости пучка электронов низких энергий не представляется возможным.

Однако в другой схеме переходное излучение может быть использовано для измерения угловой расходимости пучка частиц низких энергий, так как оно имеет ещё один параметр, который зависит от величины угловой расходимости начального пучка частиц. Это глубина провала в конусе переходного излучения, направленного точно по движению частицы, или под углом отражения в случае обратного ПИ. Для одиночной частицы этот провал достигает нуля, в то время как для ансамбля частиц, в котором каждая из них обладает своим углом влета в мишень, величина провала не будет достигать нуля. Именно эту особенность можно использовать для регистрации угловой расходимости пучка частиц как это предложено в работах [24, 25]. В этих работах показано влияние расходимости начального пучка на форму угловой зависимости переходного излучения. Основной трудностью в данном случае является измерение самой угловой зависимости ОПИ, так как для частиц низких энергий она является очень широкой. Как показано в работе [24], эта трудность не позволяет адекватно оценить угловую расходимость начального пучка частиц. Однако следует признать, что данный метод является перспективным, так как регистрация глубины провала по отношению к максимуму излучения не представляет трудностей даже для малых энергий частиц и указанный метод применим для любых энергий частиц, для которых возможно зарегистрировать угловое распределение переходного излучения. В этом случае не обязательно измерять именно угловые зависимости ОПИ, а можно обойтись другими методами измерения отношения глубины провала к максимуму излучения, например путем измерения в двух точках, или измерения ориентационных зависимостей ОПИ, как это показано в работе [26].

Угловая расходимость в совокупности с профилем пучка определяют эмиттанс пучка. Данная величина является инвариантной ко всем преобразованиям пучка с помощью магнитных систем. Более того, эта величина остается постоянной и для нормально работающего ускорителя при изменении в разумных пределах параметров ускорения. Это приводит к тому, что очень часто данная величина измеряется однократно после постройки ускорителя и полагается постоянной величиной в процессе эксплуатации. Часто эта величина измеряется в начале линии транспортировки пучка частиц и непосредственно на месте, там где это необходимо, измеряется только профиль (или даже поперечный размер пучка), а остальные величины, составляющие эмиттанс вычисляются [27]. Однако иногда необходимо контролировать эмиттанс постоянно и в режиме реального времени. Как было показано выше, использование переходного излучения позволяет достаточно легко измерять параметры, определяющие эмиттанс пучка.

Измерение параметров пучков низких энергий (Ее < 20 МэВ) становится актуальным в последнее время в связи с широким распространением ускорительной техники в народном хозяйстве. Такие ускорители широко используются, например, в качестве источников излучения для диагностики материалов. Так же такие ускорители широко используются и в медицине. В обоих случаях имеются довольно жесткие требования на качество получаемого пучка частиц. Поэтому необходимо разрабатывать методы диагностики, которые бы позволяли, с одной стороны, контролировать параметры пучка с приемлемой точностью, а с другой, были относительно дешевыми, чтобы не увеличивать цену конечной установки.

Примером такой установки может служить генератор монохроматического рентгеновского излучения на основе обратного комптоновского рассеяния на пучке лазера. В случае прямого лобового столкновения пучка электронов с энергией 20 МэВ и пучка фотонов лазера видимого диапазона в направлении начального импульса электронов излучается монохроматическое рентгеновское излучение с энергией порядка 15 КэВ. Энергия линии зависит от соотношения энергий фотонов и электронов и может легко перестраиваться. При этом плотность излучения превышает плотность излучения, возникающего при каналировании электронов [28]. Такой мощный источник монохроматического рентгеновского излучения может быть применен в медицине при исследовании с использованием веществ, имеющих разную поглощающую способность для рентгеновского излучения различной энергии. Однако светимость такой установки определяется аналогично светимости реакции в коллайдерах и зависит от поперечных размеров взаимодействующих пучков. Чем меньше размеры пучков тем выше выход рентгеновского излучения. Поэтому на такого рода установках необходимо постоянно и точно отслеживать положение и размеры пучка электронов.

Электроны низких энергий также могут быть использованы в качестве модельных частиц при проектировании методов диагностики для ускорителей тяжелых частиц, например протонов. Это позволяет делать физика излучений частиц, большинство из которых имеют зависимость только от Лоренц-фактора частицы. Т.е. например, переходное излучение для электрона с энергией 10 МэВ будет точно таким же, как для протонов с энергией ~ 20 ГэВ, и методы измерений в обоих случаях будут одинаковыми.

Цель диссертационной работы

К моменту начала работ положенных в основу диссертации сложилась следующая ситуация:

Началось строительство нового поколения ускорителей заряженных частиц, имеющих малые размеры пучка и высокие требования к его качеству и положению. Методов, позволяющих вести мониторинг и настройку подобных пучков до сих пор не создано.

Широкое внедрение ускорителей частиц в народное хозяйство. Эти ускорители характеризуются низкой (до 20 МэВ в случае ускорителя электронов) энергией частиц, и высоким требованием к настройке пучка. Данные ускорители являются продуктом массового производства и поэтому его производство должно быть относительно дешевым. Это накладывает ограничения, в том числе и на цену'устройства контроля качества пучка.

Все это заставляет вести поиск достаточно точных и относительно дешевых методов контроля качества и положения пучка частиц. Одним из таких методов является использование оптического переходного излучения, который и был выбран в данной работе. Поэтому основные цели работы можно сформулировать следующим образом:

• Создание модели, описывающей влияние угловой расходимости начального электронного пучка на форму угловой зависимости ОПИ.

• Экспериментальное подтверждение созданной модели.

• Создание установки, позволяющей измерять профиль и положение макроимпульса электронов низких энергий.

• Создание установки, позволяющей измерять угловое распределение ОПИ, возникающего под действием макроимпульса электронов низких энергий.

Положения, выносимые на защиту

1. Экспериментальная установка и методика изучения свойств излучений, возникающих в различных средах под действием электронного пучка с энергией 6,1 МэВ

2. Результаты измерений угловых и ориентационных зависимостей оптического переходного излучения, возникающего в алюминиевой мишени под действием пучка электронов с энергией 6,1 МэВ. Экспериментальное исследование поляризационных свойств этого излучения.

3. Аналитические формулы и методика измерений угловой расходимости начального пучка частиц путем измерения отношения глубины центрального минимума углового распределения оптического переходного излучения к максимуму этого распределения.

4. Экспериментальное исследование влияния угловой расходимости начального электронного пучка на форму ориентационной зависимости оптического переходного излучения от электронов с энергией 6,1 МэВ.

5. Экспериментальная установка и результаты экспериментальных измерений сечения электронного пучка с энергией 6,1 МэВ на основе оптического переходного излучения, генерируемого за один импульс микротрона.

6. Экспериментальная установка и результаты экспериментальных измерений угловой зависимости оптического переходного излучения для электронов с энергией 6,1 МэВ.

Научная новизна работы

1. Разработана методика измерения угловой расходимости пучка заряженных частиц низких энергий (Е < 10 МэВ) путем измерения ориентационной зависимости выхода оптического переходного излучения.

2. Создана экспериментальная установка, позволяющая измерять ориентационные, поляризационные и угловые характеристики ОПИ, а также измерять поперечный профиль электронного пучка с энергией 6,1 МэВ.

3. Впервые измерены ориентационные зависимости оптического переходного излучения для электронов с энергией 6,1 МэВ и экспериментально доказана работоспособность предложенной методики измерения угловой расходимости пучка электронов низких энергий.

4. Достигнутая чувствительность позволила впервые измерить профиль единичного макроимпульса электронов, длительностью 4 мкс и населенностью 1012 частиц с энергию 6,1 МэВ, а также измерить угловое распределение ОПИ генерируемого этим макроимпульсом.

Практическая значимость

Результаты настоящей работы имеют практическое применение для создания станций мониторинга пучков заряженных частиц низких энергий. Аналитические формулы, полученные в настоящей работе, позволяют определить угловую расходимость пучка заряженных частиц низких энергий путём измерения угловых зависимостей оптического переходного излучения. Простота и дешевизна предложенного метода измерений позволяет быстро и без особых затрат внедрить его как на уже построенных, так и на вновь строящихся ускорителях. В работе предложен унифицированный метод, позволяющий измерять как размеры и сечение пучка заряженных частиц, так и его угловую расходимость. Это позволяет строить станции для измерения эмиттанса пучка частиц в реальном времени, что является одним из важных требований для нового поколения ускорителей.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на следующих симпозиумах и совещаниях:

• Международный симпозиум Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures (RREPS-01), оз. Ая, Россия, 2001 г. [29]

• Международный симпозиум Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures (RREPS-03), г. Томск, Россия, 2003 г. [30]

• Международный симпозиум Korea-Russia International Symposium on Science and Technology, г. Томск, Россия, 2001 [37]

Результаты работы обсуждались на следующих семинарах:

• Университет Йоханеса Гуттенберга, коллаборация XI, г. Майнц, Германия, 2001 г.

• Научный семинар кафедры Прикладной физики ТПУ. Публикации

Основные результаты работы опубликованы в статьях [17, 26, 34, 35, 37, 38].

Заключение диссертации по теме «Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника», Шарафутдинов, Алексей Фердаусович

Заключение

В работе основное внимание было уделено оптическому переходному излучению, характеристики которого несут всю информацию о параметрах пучка, генерирующего это излучение. Так, например, измерение интенсивности ОПИ в каком либо узком спектральном диапазоне позволяет отслеживать ток пучка частиц, или его энергетическую стабильность. ОПИ позволяет достаточно легко измерять профиль и положение пучка частиц, при использовании схемы измерений, аналогичной схеме измерения размеров пучка частиц на люминофоре. Измерение углового распределения ОПИ несет в себе информацию об угловой расходимости пучка частиц. Таким образом, использование только одного переходного излучения позволяет получить практически всю информацию, характеризующую пучок частиц (в отличии от традиционного подхода, с использованием люминофора). В представленной работе основной упор делался на измерение профиля и угловой расходимости пучка частиц низких энергий. Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

1. Разработана и создана установка, изготовлен комплекс измерительной аппаратуры, а также создано программное обеспечение, предназначенные для экспериментального исследования свойств оптического переходного излучения и параметров электронного пучка посредством ОПИ.

2. Предложена методика измерения угловой расходимости электронного пучка на основе измерений ориентационной зависимости (03) ОПИ. Теоретически и экспериментально показано влияние угловой расходимости пучка электронов на форму 03 переходного излучения.

3. Впервые проведены измерения ориентационных зависимостей ОПИ для электронного пучка с энергией 6,1 МэВ. Показано, что форма 03 совпадает с предсказанной теоретически, изучены поляризационные свойства ОПИ. На основе экспериментальных результатов получена информация об угловой расходимости электронного пучка.

4. Проведены измерения профиля электронного пучка энергии 6,1 МэВ с помощью ОПИ и оптической системы с использованием видеокамеры для охранных систем видеонаблюдения типа ЩМ-930. Показано, что сечение электронного пучка, измеренное с помощью люминофора, систематически (на десятки процентов) превышает размер пучка, полученный по характеристикам ОПИ. Показана возможность измерения профиля электронного пучка за каждый макроимпульс интенсивностью ~ 1012 электронов.

5. С использованием построенной оптической системы впервые проведены прямые измерения угловых зависимостей ОПИ для электронов с энергией 6,1 МэВ. Измерена поляризация в угловом распределении ОПИ, и показано влияние угловой расходимости начального электронного пучка на форму углового распределения ОПИ.

В заключение считаю своим долгом поблагодарить профессора, доктора физико-математических наук А.П. Потылицына за научное руководство при проведении исследований, а также коллег, с которыми были выполнены работы, составившие основу диссертации: Б.И. Калинина, Г.А. Науменко, Г.А. Саруева, А.Н. Алейника, и персонал синхротрона "Сириус" за обеспечение хорошей работы ускорителя на протяжении длительного времени.

Я также искренне признателен всему персоналу лаборатории 11 НИИ ЯФ за поддержку и помощь в работе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Шарафутдинов, Алексей Фердаусович, 2004 год

1. H. Koziol, Beam diagnostics, old and new, DIPAC 1999 Proceedings ESRF, 1999

2. Chubar, Novel applications of optical diagnostics Proceedings of EPAC, 2000.

3. T. Weitkamp, 0. Chubar, M. Drakopoulos, I. Snigireva, A. Snigirev, Electron beam size and profile measurements with refracrive X-ray lenses, Proceedings of EPAC, 2000.2001 reprort on the Next Linear Collider, SLAC-R-571, 2001

4. H. Hayano, Wire scanners for small emittance beam measurement in ATF, arXiv:physics/0008084, 2000

5. H. Schlarb, Diagnoctic tools for ultra-low emittance and ultra-short electron bunches, Proceedings of EPAC, 2000

6. P. Catravas, W. P. Leemans, E. Esarey and M. Zolotorev, D. Whittum, R. Iverson, M. Hogan, D. Walz, Beam profile measurement at 30 GeV using optical transition radiation, Proceedings of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999.

7. J.-C.Denard, P.Piot, K.Capek, E.Feld, High power beam profile monitor with optical transition radiation PAC proceedings, 1997.

8. M.Ross, S.Anderson, J.Frisch, at al., A very high resolution transition ra-diaton beam prfile monitor SLAC-PUB-9280, July, 2002.

9. M.Castellano, V.A. Verzilov, Spatial resolution in optical beam diagnostics Physical review special topics - Accelerators and beams, Vol.1, 062801, 1998.

10. X. Artru, R. Chehab, К. Honkavaara, A. Variola, Resolution power of optical transition radiation: Theoretical considerations, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, vol. 145, 1998.

11. X. Artru, M.Castellano, R.Chehab at al., Experimental investigation on geometrical resolution of optical transition radiation NIM A, 410, 1998.

12. S.Dobert, R.Eichorn, H.Genz, at al., Transverce and Longitudinal beam Diagnostics using Transition Radiation Proceedings of EPAC, 1996.

13. D. Giove, C. De Martinis, G. D'Auria, M. Ferianis, C. Rossi, A. Variola, Optical transition radiation measurements on the ELETTRA linac, EPAC-98 proceedings, 1998

14. A.H. Ермаков, B.C. Ишханов, В.И. Шведунов и др., Измерение параметров пучка электронов с использованием оптического переходного излучения Приборы и техника эксперимента, №4, 2001.

15. Г.А. Науменко, А.П. Потылицын, Б.Н. Калинин, Г.А. Саруев, А.Ф. Шарафутдинов, Диагностика электронных пучков низких энергий на основе оптического переходного излучения Известия ТПУ, том 307, №2, 2004

16. R. Chehab, M.Taurigna, G. Bienvenu, Beam emittance determination using optical transition radiation, EPAC-92 proceedings, 1992

17. R.B. Fiorito, D.W. Rule, Diffraction radiation diagnostics for moderate to high energy charged particle beams NIM B, 173, 2001.

18. Wartski, S.Roland, J.Lasalle, M.Bolore, G.Filippy, Interference phenomenon in optical transition radiation and its application to patricle beam diagnostics and multiple-scattering measurements Journal of applied physics, Vol. 46, Is. 8, 1975.

19. B. Pardo and J.-M. Andre, Classical theory of resonant transition radiation in multilayer structures, Physical Review E, vol. 63, 2000.

20. Y. Shibata at al. Coherent transition radiation in the far-infrared region, Physical Review E, vol. 49 No 1, 1994.

21. R.Fiorito, D.Rule, Optical transition radiation beam emittance diagnostics AIP Conference proceedings, 319, 21, 1994.

22. М.-А. Tordeux, J.Papadacci, A new OTR based beam emittance monitor for the linac of lure Proceedings of EPAC, 2000.

23. M.Castellano, M.Ferrario at al. Analysis of optical transition radiation emitted by 1 MeV electron beam and its possible use as diagnostic tool NIM A, 357, 1995.

24. A. Loulergue, D.H. Dowell, S. Joly, J.P. de Brion, G. Haouat, F. Schumann, Transverse and longitudial emittance measurements in the ELSA linac, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 384, 1997

25. K. Chouffania, D. Wellsa, F. Harmona, J. Jonesb, G. Lancasterb, Laser-Compton scattering from a 20MeV electron beam, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 495, 2002

26. A.F. Sharafutdinov, A.P. Potylitsyn, G.A. Naumenko, B.N. Kalinin, G.A. Saruev, Low energy electron beam diagnostics on an optical transition radiation, VI International Symposium RREPS-03, 2003

27. В.Л. Гинзбург, И.М. Франк, ЖЭТФ, 16, 15, 1946

28. M. JI. Тер-Микаелян Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях Ереван, АН Армянской ССР, 1969

29. В.Е. Пафомов, Излучение заряженной частицы при наличии границ раздела Труды ордена Ленина физического института им. П.Н. Лебедева, том XLIV, 1969

30. А.Н. Алейник, М.Ю. Андреяшкин, Б.Н. Калинин, П.В. Каратаев, Г.А. Науменко, А.П. Потылицин, Г.А. Саруев, А.Ф. Шарафутдинов, Экспериментальная установка для исследования поляризационного тормозного излучения в оптическом и рентгеновском диапазонах на 6

31. МэВ микротроне Известия высших учебных заведений. Физика, №3, 2001

32. B.N. Kalinin, G.A. Naumenko, A.P. Potylitsyn, O.V. Chefonov, A.N. Aleinik, G.A. Saruev, A. Sharafutdinov, Free electron laser in a millimeter wavelength region on the base of Smith-Purcell radiation KORUS-Ol proceedings, 2001

33. А.Н. Алейник, А.С. Арышев, E.A. Богомазова, Б.Н. Калинин, Г.А. Науменко, А.П. Потылицын, Г.А. Саруев, А.Ф. Шарафутдинов, Стимулированное излучение Смита-Парселла Письма в ЖЭТФ, том 79, вып. 7, 2004

34. В. Fenga, M. Oyamada, F. Hinode, S. Sato, Y. Kondo, Y. Shibata, M. Ikezawa, Electron bunch shape measurement using coherent diffraction radiation, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, v. 475, 2001

35. A. Tremaine, at al., Fundamental and harmonic microbunching in a high-gain self-amplified spontaneous-emission free-electron laser, Physical Review E, v. 66, 2002

36. Handbook of Optical Constants of Solids, edited by Edward D. Palik -Orlando, Academic Press, 1985, p. 804

37. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для вузов. М.: Советское радио, 1980.

38. Матвеев А.Н. Оптика: Учебное пособие для физических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1985.

39. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. М.: Высшая школа, 1980.