Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние десятилетия бурно развивались теоретические и экспериментальные исследования взаимодействии заряженных частиц с кристаллическими структурами, что обусловлено как необходимостью понимания и описания различных процессов протекающих в сильных полях, естественным источником которого являются монокристаллы, так и требованием различных областей науки и техники иметь монохроматичные, поляризованные и интенсивные фотонные пучки. Эти исследования также практически важны напр. для отклонения высоноэнергетичных пучков заряженных частиц при помощи изогнутых монокристаллов, для создания новых, эффективных детекторов элементарных частиц и т.п.
Когерентно тормозное излучение (КТИ), которому посвящены большое количество теоретических и экспериментальных работ возникает вследствие увеличения когерентной длины (зоны формирования) излучения
1 = Е СЕ -шЭ/Ъ)
сап О О
с увеличением энергии ео начальных электронов; ш - частота излучения. При ултрарелятивистских энергиях электронов когерентная длина достигает макроскопических размеров, превышающих расстояние между ядрами соседних атомов, и если среда представляет монокристаллическую решетку, то на этой длине укладывается несколько узлов решетки, что в силу их упорядоченного расположения приводит к увеличению выхода фотонов по сравнению с выходом из аморфной мишени.
Уже при экспериментальных исследованиях КТИ наблюдались аномально высокий выход фотонов в низкоэнергетической части спектра при движении электронов вдоль осей и плоскостей монокристаллов. Детальное исследование излучения и характеристик движения электронов (позитронов) вблизи осей и плоскостей монокристаллов начались после обнаружения на Ереванском синхротроне интенсивного низкознергетического когерентного излучения.
Энспэрименталные и теоретические исследования проведены в ускорительных центрах Еревана, Томска, Харькова, Новосибирска, slac, cerm. В основном изучены спектральные и ориентационные характеристики излучения электронов
-6.-
(позитронав) при движении около кристаллографических осей или плоскостей различных монокристаллов. Кроме этого измерены интегральные угловые распределения и поляризация в Томска и в Харькове при энергиях начальных электронов около I ГэВ.
На Ереванском синхротроне после измерения энергетических и ориентационных характеристик по всему спектру на внутреннем и выведенном электронных пучках, возникла необходимость измерения угловых распределении низкоэнергетического когерентного излучения в различных монокристаллах, для более глубокого понимания механизмов излучения. Кроме того угловые характеристики тесно связаны с особенностями движения заряженной частицы и с поляризацией возникающего излучения.
Цель работы. Основная цель диссертационной работы заключается в улучшении установки и методики исследований и измерении с их помощью дифференциальных угловых распределении излучения ультрарелятивистских электронов в монокристаллах алмаза и германия при их движении вблизи кристаллографических осей или плоскостей.
Научная новизна работы. Впервые подробно исследованы угловые распределения у-квантов с фиксированной энергией, излученных электронами при их движении около плоскостей монокристалла алмаза.
Впервые обнаружено расщепление и расширение у-пучка в перпендикулярном направлении относительно кристаллографической плоскости, а также азимутальная асимметрия в высокоэнергетичной части спектра.
Впервые измерены угловые распределения в области пика спектра излучения электронов при плоскостном каналировании в кристалле алмаза в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Сопосталяя известное направление поляризации при этих энергиях со знаками измеренных азимутальных асимметрий, показано, что поляризация излучения в высокоэнергетической части спектра направлена параллельно плоскости кристалла.
Впервые выполнены измерения ориентационных зависимостей угловых распределений излучения с фиксированной энергией.
Впервые измерены угловые распределения излучения электронов с энергией І.ЗГзВ в монокристалле алмаза. При этой энергии электрона обнаружено расщепление пучка
у-квантов с энергией 120МэВ как на плоскости с OID, так и на оси iIDOi кристалла.
Впервые исследованы распределения по углам вылета /-квантов из монокристалла германия. Впервые показано, что есть смешение области расщепления у-пучка, по сравнению с кристаллом алмаза, а также, что эффекты расщепления и смещения пучка проявляются слабее, чем на алмаза.
Научная и практическая ценность работы. О целью измерения угловых распределений излучения электронов движущихся вблизи осей и плоскостей кристаллов, усовершенствована установка: созданы и применены прямоугольные щелевые коллиматоры, что позволило расширить угловой диапазон измеряемых распределений с необходимым подавлением фона; созданная дистанционно управляемая, сканирующая мишень, установленная в краевом поле парного магнитного спектрометра позволила измерить угловые распределения /-квантов фиксированных энергий в области 20-200МЭВ.
Методическими измерениями показано, что эффективность регистрации /-квантов не зависит от поперечного положения узкого конвертора магнитного спектрометра в пределах углового диапазона установки. Данная усовершенствованная установка может применятся для измерения широких угловых распределений у-квантов.
На основе обнаруженной азимутальной асимметрии показано, что излучение электронов при их падении под нулевым углом относительно плоскости монокристалла алмаза поляризовано по всему спектру излучения, что открывает возможность использования в поляризационных экспериментах жесткую часть у-сгоктрэ.
На основе измерений ориентационных зависимостей угловых распределений излучения с фиксированной энергией указан способ ориентации кристаллов относительно электронных пучков сили определения направления движения электронов относительно ориентированных кристаллов) с точностью =0.1 угла Линхарда. Этот способ может применятся как для ориентировки кристаллов, так и для диагностики высокоэнергетичных электронных пучков (определение точного направления, расходимости и т.п.).
- в -
Сопоставление угловых распределений излучения электронов с энергиями 4.4ГэВ и 1.9ГэВ, а также сравнительный анализ для кристаллов алмаза и германия может послужить дальнейшему развитию теоретических представлении о характере движения и взаимодействия заряженной частицы с сильными кристаллическими полями.
На защиту выносятся:
1. Усовершенствование установки на тракте внутреннего пучка
Ереванского синхротрона для исследования дифференциальных
угловых сечений процессов взаимодействия электронов высоких
энергий с монокристалическими мишенями.
-
Методика экспериментального исследования угловых характеристик излучения электронов с энергией 4.4ГэВ и 1.9ГэВ в монокристаллах.
-
Экспериментальные результаты исследования угловых характеристик излучения электронов с энергией 4.4ГэВ и 1.9ГэВ в монокристаллах алмаза и германия.
Апробация работы: Основные результаты, включенные в диссертацию, доложены на ш Всесоюзной конференции по излучению релятивистских частиц в кристаллах сНальчик, 1983»; xix и хх Всесоюзных совещаниях по физике взаимодействия заряженных частиц кристаллами сМосква, 1989,1990) и на семинарах ЕрФИ.
Публикации. Основной материал диссертации опубликован в шести статьях в журналах: Письма в ЖЭ1Ф, ШЭТФ, в материалах и сборниках тезисов Всесоюзных совещаний и конференций по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, в препринте ЕФИ.
Структура и обьем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Она изложена на 86 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы и 32 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 68 наименований.
