Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Когерентное рентгеновское излучение релятивистского электрона в направлении рассеяния Брэгга 13
1.1 Амплитуда излучения .14
1.2 Спектрально-угловая плотность излучения .26
1.3 Параметры динамического рассеяния рентгеновских волн в слоистой структуре 28
1.4 Численные расчёты 30
1.5 Угловая плотность когерентного рентгеновского излучения в мягком рентгеновском диапазоне .36
Основные результаты Главы 1 .40
Глава 2. Когерентное рентгеновское излучение вдоль скорости релятивистского электрона в искусственной периодической структуре .41
2.1 Амплитуда излучения 41
2.2 Спектрально-угловая плотность излучения 46
2.3 Сравнение спектрально-угловых распределений в кристалле и в искусственной периодической структуре 47
Основные результаты Главы 2 .56
Глава 3. Исследование спектрально-угловых характеристик ДПИ релятивистского электрона в искусственной периодической структуре 57
3.1 Проявление эффекта Бормана в ДПИ 57
3.2 Исследование спектрально угловых характеристик ДПИ 65 Основные результаты Главы 3 75
Заключение .76
Список литературы
- Спектрально-угловая плотность излучения
- Угловая плотность когерентного рентгеновского излучения в мягком рентгеновском диапазоне
- Спектрально-угловая плотность излучения
- Проявление эффекта Бормана в ДПИ
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В настоящее время актуальным являются исследования различных типов рентгеновского излучения, возникающего при прохождении электронов через структурированные среды. Это обусловлено тем, что источники рентгеновского излучения очень востребованы для фундаментальных и прикладных исследований в области физики твердого тела, микроэлектроники, медицине, биологии и т.д. Подобные источники, созданные на основе синхротронного излучения, генерируемого в электронных накопительных кольцах с энергией ~ 1 ГэВ, являются громоздкими, дорогостоящими установками. В этой связи важным являются исследования возможностей создания более компактных альтернативных источников рентгеновского излучения. Одним из перспективных направлений такого исследования является изучение когерентного рентгеновского излучения быстрых электронов небольших энергий (30 ~ 100 MэВ) в структурированных средах. Отличительной особенностью источников основанных на взаимодействие релятивистских электронов со структурированными средами является высокая монохроматичность, и поляризация генерируемого ими излучения, перестраиваемость по частоте и высокая интенсивность. Необходимо отметить, что разрабатываемые компактные рентгеновские источники, основанные на переходном, параметрическом механизмах излучения, а также на эффекте каналлирования были главными кандидатами для прикладных целей. Однако расчеты и экспериментальные данные показали, что для прикладных целей эти экзотические источники не эффективны из-за малой интенсивности пучков излучаемых рентгеновских фотонов, даже при высоком электроном токе. Это является причиной новых поисков эффективных механизмов рентгеновского излучения генирируемого релятивистскими электронами в других типах периодических структур, которые могли бы дать монохроматический и узконаправленные пучки рентгеновских фотонов с высокой интенсивностью. Необходимо отметить, что рентгеновское излучение релятивистского электрона в периодической структуре возникает вследствие изменения локальных физических свойств вещества (поляризации) вдоль траектории движения релятивистского электрона и зависит от структуры вещества.
Традиционно излучение релятивистской частицы в периодической слоистой среде рассматривалось как резонансное переходное излучение (РПИ) [1]. Существенный вклад в исследование рентгеновского переходного излучения был сделан группой физиков из Японии [2-4]. В работе [3] впервые были использованы периодические среды с толщинами пластинок в несколько сотен нанометров, что позволило уже на первой гармонике генерировать фотоны с энергией 2-4 кэВ с интенсивностью, как утверждают авторы, превышающей интенсивность синхротронного излучения на существующих ускорителях. Теоретическое описание РПИ в таких средах представлено в работе [5]. В работе [6] наряду c резонансным переходным излучением уже рассматривалось и параметрическое рентгеновское излучение (ПРИ). Необходимо отметить, что для описания процесса излучения релятивистского электрона в периодической слоистой структуре использовались различные методы, однако в работе [7] впервые излучение из многослойной периодической слоистой структуры рассматривалось в приближении динамической теории дифракции как рассеяние псевдо-фотонов кулоновского поля релятивистского электрона на аморфных слоях. Теоретическое рассмотрение процесса излучения было проведено по аналогии с развитым ранее при исследовании процесса когерентного излучения, вызываемого релятивистским электроном в кристаллической среде, а именно, суммарное когерентное рентгеновское излучение в периодической слоистой структуре рассматривалось как результат одновременного действия двух механизмов излучения: параметрического рентгеновского и дифрагированного переходного (ДПИ). Динамическая теория излучения релятивистских электронов в периодических слоистых средах [7] хорошо описывает экспериментальные данные, представленные в работе [8], полученные при использовании структуры, состоящей из слоев толщиной порядка нанометра, на которых генерировались фотоны с частотой 15 кэВ.
Необходимо отметить, что во всех цитируемых работах [1-8] процесс излучения в искусственной периодической слоистой среде рассматривался только в геометрии рассеяния Брэгга для случая симметричного отражения, когда угол между поверхностью и отражающими плоскостями равен нулю. В этой геометрии излученные фотоны выходят через переднюю границу мишени. Однако важным, как с точки зрения теории, так и практического приложения, является исследование рассматриваемого процесса когерентного излучения в геометрии Лауэ, когда излучение выходит через заднюю границу мишени.
В этой связи настоящая работа была посвящена исследованию процесса генерации когерентного рентгеновского излучения релятивистским электроном в искусственной периодической структуре в геометрии рассеяния Лауэ в общем случае асимметричного отражения.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является построение теории когерентного рентгеновского излучения релятивистского электрона пересекающего искусственную периодическую структуру в геометрии рассеяния Лауэ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в том, что в ней:
- Впервые построена динамическая теория процесса когерентного рентгеновского излучения в направлении рассеяния Брэгга и вдоль скорости релятивистского электрона, пересекающего искусственную периодическую структуру в геометрии рассеяния Лауэ. В рамках развитой теории впервые получены выражения, описывающие спектрально-угловые характеристики параметрического рентгеновского излучения, параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости релятивистского электрона (ПРИВ), переходного излучения и дифрагированного переходного излучения релятивистского электрона, пересекающего искусственную периодическую структуру в общем случае асимметричного отражения относительно поверхности мишени отражения кулоновского поля электрона.
- Впервые показано, что выход когерентного излучения в искусственной периодической структуре может существенно превышать выход излучения в кристалле в аналогичных условиях. Показано, что спектрально угловые характеристики излучения зависят от асимметрии отражения поля электрона относительно поверхности мишени, что дает дополнительную возможность увеличение выхода фотонов излучения за счет изменения асимметрии отражения.
- Впервые предсказан и теоретически исследован эффект аномально низкого фотопоглощения (эффекта Бормана) в дифрагированном переходном излучении релятивистского электрона пересекающего искусственную периодическую структуру в геометрии рассеяния Лауэ.
Теоретическое исследование процессов излучения релятивистских электронов в среде проведено в диссертации с использованием апробированных методов теоретической физики. Большинство результатов получено в аналитической форме, что позволило дать ясную физическую интерпретацию исследуемых эффектов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ определяется:
- Возможностью выяснения роли динамических эффектов в когерентном рентгеновском излучении релятивистских электронов в искусственной периодической структуре и их использования для развития экспериментальных исследований в данной области физики;
- Возможностью использование построенной теории для постановки новых экспериментов в области физики когерентного излучения, расчета оптимальных условий эксперимента и интерпретации данных измерений;
- Возможностью использования результатов работы при создании новых квазимонохроматических перестраиваемых по энергии источников рентгеновского излучения на основе взаимодействия пучков релятивистских электронов с периодическими средами.
1.Предсказание и результаты теоретического исследования эффекта увеличения угловой плотности ПРИ релятивистского электрона в искусственной периодической структуре по сравнению с угловой плотностью ПРИ в монокристаллической среде в аналогичных условиях. Этот эффект обусловлен увеличением ширины спектра излучения в искусственной периодической структуре, связанным с уменьшением (по сравнению с кристаллом) числа неоднородностей, которые электрон пересекает в мишени. Показана возможность увеличения угловой плотности ПРИ в искусственной периодической структуре за счет изменения асимметрии отражения.
2.Предсказание и результаты теоретического исследования эффекта увеличения угловой плотности параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости релятивистского электрона в искусственной периодической структуре (ПРИВ) в геометрии рассеяния Лауэ по сравнению с монокристаллической средой в аналогичных условиях. Спектральный пик параметрического рентгеновского излучения в направлении «вперед» оказывается во много раз шире, чем аналогичный пик спектра излучения в монокристалле, что может облегчить его экспериментальное обнаружение и исследование.
3.Предсказание и результаты теоретического исследования эффекта аномально низкого фотопоглощения (эффекта Бормана) в дифрагированном переходном излучении (ДПИ) релятивистского электрона в искусственной периодической среде в геометрии рассеяния Лауэ. На основе полученного выражения для спектрально-угловой плотности дифрагированного переходного излучения показано, что одна из двух возбуждаемых в искусственной периодической структуре волн ДПИ поглощается аномально сильно, а другая аномально слабо.
4.Предсказание и результаты теоретического исследования эффекта увеличения угловой плотности ДПИ релятивистского электрона в искусственной периодической структуре по сравнению с угловой плотностью ДПИ в монокристалле в аналогичных условиях. Этот эффект связан с увеличением ширины спектра ДПИ излучения в искусственной периодической структуре.
Результаты настоящей диссертации апробированы на 41, 43, 44 международных конференциях по физике взаимодействия быстрых заряженных частиц с кристаллами, Москва, МГУ, 2011, 2013, 2014 гг.; на 9 и 10 конференциях по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям, Харьков, ННЦ ХФТИ, 2011, 2012 гг.; на 9 международной конференции «Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures», Egham, United Kingdom, 2011.
ПУБЛИКАЦИИ Материалы диссертации опубликованы в работах [1-15].
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА заключается в получении всех численных результатов работы, в выполнении большой части аналитических расчетов по всей теме диссертации, участии в постановке рассмотренных задач, интерпретации результатов и в написании текстов публикаций. Автором сформулированы основные результаты диссертационной работы и написан текст диссертации.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 84 печатных листов, включая список литературы из 52 наименований, содержит 26 рисунков.
Спектрально-угловая плотность излучения
Результаты настоящей диссертации апробированы на 41, 43, 44 международных конференциях по физике взаимодействия быстрых заряженных частиц с кристаллами, Москва, МГУ, 2011, 2013, 2014 гг.; на 9 и 10 конференциях по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям, Харьков, ННЦ ХФТИ, 2011, 2012 гг.; на 9 международной конференции «Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures», Egham, United Kingdom, 2011 и опубликованы в работах [45-59].
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА заключается в получении всех численных результатов работы, в выполнении большой части аналитических расчетов по всей теме диссертации, участии в постановке рассмотренных задач, интерпретации результатов и в написании текстов публикаций. Автором сформулированы основные результаты диссертационной работы и написан текст диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет 84 печатных листов, включая список литературы из 52 наименований, содержит 26 рисунков.
Первая глава настоящей диссертационной работы посвящена исследованию когерентного рентгеновского излучения в направлении рассеяния Брэгга релятивистского электрона пересекающего искусственную периодическую структуру в геометрии рассеяния Лауэ. В первом параграфе главы на основе двухволнового приближения динамической теории дифракции получено выражение для амплитуды излучения, при этом приводится подробный аналитический вывод. Важной особенностью дальнейшего рассмотрения процесса излучения является явное разделение полной амплитуды излучения на амплитуду параметрического рентгеновского излучения (ПРИ) и дифрагированного переходного излучения (ДПИ), которое образовалось на входной поверхности мишени и дифрагировало в направлении брегговского рассеяния слоями мишени, которые ответственны за формирование ПРИ.
При выводе формулы для амплитуд процессов излучения использовались обычные граничные условия для электромагнитных полей на входной и выходной поверхностях мишени. В следующем параграфе получены выражения для спектрально-углового распределения ПРИ, ДПИ и слагаемого, описывающего интерференцию этих механизмов излучения в случае толстого поглощающего кристалла. Отличительной особенностью данных формул является то, что они содержат параметр асимметрии, зависящий от угла между поверхностью пластинки и системой дифрагирующих атомных плоскостей кристалла. В следующем параграфе рассматриваются и анализируются параметры динамического рассеяния волн в искусственной периодической слоистой структуре входящие в выражения для спектрально-угловых плотностей излучений. Это параметр ответственный за деструктивную и конструктивную интерференцию волн от различных слоев структуры, параметр ответственный за поглощения волн в среде и параметр ответственный за проявления эффекта Бормана в излучении. Показано условие проявления эффекта Бормана в ПРИ. В следующем параграфе, используя полученные в настоящей диссертационной работе выражения для спектрально-угловой плотности рентгеновского излучения релятивистской заряженной частицы в искусственной периодической структуре, проведены численные расчеты. Для сравнения в аналогичных условиях выходов излучения релятивистской частицы в кристалле и в искусственной периодической структуре построены кривые угловых плотностей параметрического рентгеновского излучения в кристаллической мишени вольфрама W и ПРИ в искусственной периодической структуре, состоящей из аморфных слоев бериллия Be и W. Показано, что выход излучения в искусственной периодической структуре существенно превышает выход излучения в кристалле в аналогичных условиях, что связано увеличением ширины спектра излучения в многослойной периодической структуре, обусловленным уменьшением числа неоднородностей, которые электрон пересекает в мишени. Показана возможность увеличения выхода фотонов излучения за счет изменения асимметрии отражения. Далее проведены численные расчеты угловой плотности когерентного излучения в мягком рентгеновском диапазоне. Показана высокая эффективность использования искусственной многослойной среды для генерации рентгеновского излучения с энергией порядка 250 eV, которое, является высоко востребованным в современной медицинской рентгеновской диагностике.
Вторая глава настоящей диссертационной работы посвящена исследованию когерентного рентгеновского излучения в искусственной периодической структуре вблизи направления скорости релятивистского электрона в геометрии рассеяния Лауэ. В первом параграфе на основе двухволнового приближения динамической теории дифракции получено выражения для амплитуды когерентного излучения релятивистского электрона. Далее амплитуда излучения разделена на амплитуду параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости релятивистского электрона (ПРИВ) и амплитуду переходного излучения (ПИ), что впоследствии позволило получить выражения описывающее интерференцию этих механизмов. В следующем параграфе на основании выражения для амплитуды излучения получено выражение для спектрально-угловой плотности ПРИВ, ПИ в искусственной периодической структуре и слагаемого описывающего их интерференцию. В полученных выражениях содержится параметр, зависящий от асимметрии отражения поля относительно поверхности мишени. В следующем параграфе сравниваются спектрально - угловые распределения в кристалле и в искусственной периодической структуре. Показано, что спектральный пик параметрического рентгеновского излучения в направлении вперед оказывается во много раз шире, чем аналогичный пик спектра излучения в монокристалле, что может облегчить его экспериментальное обнаружение и исследование. Показано, что угловая плотность ПРИ релятивистского электрона в искусственной периодической структуре должна быть во много раз выше, чем в монокристалле в подобных условиях.
Угловая плотность когерентного рентгеновского излучения в мягком рентгеновском диапазоне
Традиционно излучение релятивистской частицы в периодически слоистой структуре рассматривалось в геометрии рассеяния Брэгга, когда отражающие слои параллельны входной поверхности, то есть в симметричном случае. Излучение от периодической слоистой структуры ранее рассматривалось как резонансное переходное излучение [7]. Динамический подход к описанию излучения в данной среде был представлен в работе [31], где излучение от многослойной периодической структуры представлено в виде суммы дифрагированного переходного излучения (ДПИ) и параметрического рентгеновского излучения (ПРИ) в частном случае симметричного отражения поля относительно поверхности мишени, в геометрии рассеяния Брэгга, когда дифрагирующие плоскости расположены параллельно поверхности мишени. В цитируемой работе излучения рассматривалось по аналогии с процессом когерентного излучения релятивистского электрона в кристаллической среде.
В настоящей работе развита динамическая теория когерентного излучения в искусственной периодической структуре в геометрии рассеяния Лауэ для произвольной асимметрии отражения поля электрона относительно поверхности мишени, когда отражающая структура расположена под произвольным углом к поверхности мишени. Важной особенностью работы является, то что в данной геометрии рассеяния излученные фотоны выходят с задней границы мишени, в отличие от традиционного симметричного случая геометрии рассеяния Брэгга. В настоящей диссертационной работе на основе двух волнового приближения динамической теории дифракции получены выражения для спектрально-угловой плотности излучения релятивистского электрона пересекающего искусственную многослойную периодическую структуру. Ранее была показана возможность изменения выхода фотонов когерентного излучения в кристалле за счет проявления динамических эффектов в излучении, в частности за счет асимметрии отражения поля относительно поверхности мишени [38-40], этот факт был подтвержден экспериментально [41]. В настоящей главе показано, что динамические эффекты также могут проявится в излучении релятивистского электрона в периодической слоистой среде. Показано, что в практически аналогичных условиях выход фотонов из периодически слоистой структуры на порядок превышает выход из кристаллической среды. Полученные результаты можно использовать для создания альтернативного квазимонохроматического рентгеновского источника с меняющейся частотой.
Рассмотрим релятивистский электрон пересекающий со скоростью V искусственную периодическую структуру (рис.1.1), состоящую из периодически расположенных аморфных слоев толщиной а и Ъ с периодом Т = а + Ь имеющие соответственно диэлектрические восприимчивости ха и Хь Уравнение для Фурье-образа электромагнитного поля имеет следующий вид Е(к,ю) = \dt d\Е(г,ґ)ехр(/шґ - /кг). (1.1)
Будем использовать двухволновое приближение динамической теории дифракции [42] в которой падающая и дифрагированная волна рассматриваются равноправно, при этом происходит непрерывная перекачка падающей волны в отраженную и обратно. Так как поле релятивистского электрона можно считать поперечным, то напряженности падающей Е0(к,ю) и дифрагированной Eg(k,co) электромагнитных волн, определяются двумя амплитудами с разными значениями поперечной поляризации
Геометрия процесса излучения и система обозначений используемых величин; 0 и 0 - углы излучения, QB- угол Брэгга (угол между скоростью электрона V и отражающими слоями мишени), 8- угол волновые между поверхностью мишени и отражающими слоями, k и k вектора подающего и дифрагированного фотона. О Е0(,со) = 1)(k,co)ef)1) + 42)(к,со)42) Е g (А:, со) = Ef (к, со)е1(1) + 2) (к, со)е1(2), (1.2) где вектора Єр и е перпендикулярны вектору к, а векторы е[ и t[2) перпендикулярны вектору k =k + g. Векторы е , е[ лежат в плоскости векторов к и kg (л-поляризация), а вектора е и е перпендикулярны ей (а-поляризация). Вектор g аналогичен вектору обратной решетке в 2тг кристалле, он перпендикулярен слоям и его длина ровна g = п, Т п = 0+1+2,... Система уравнений для Фурье-образа электромагнитного поля в двухволновом приближение динамической теории дифракции имеет следующий вид [43]: f(co2(l + хо)" к2)Е + a\_f{s)E = 87i2ieQVP 6( - kV), co2XgC(5)45) + (co2(l + Xo)" Ф = 0, (1.3) g о и g g где Xg, X-g - коэффициенты Фурье разложения диэлектрической восприимчивости периодической структуры по векторам g: х(со,г) = l3Cg( o)exp(/gr) =z(xg(co) + zXg(co))exp(zgr). (1.4) g g Величины С(s) и P(s) в системе (1.3) определены следующим образом C(s) = 45)eS5), С(1) = 1, С(2) = cos295, P(e) =eVn), (1) =япФ, Р(2) =coscp, (1.5) где ц = к-соУ/К - составляющая импульса виртуального фотона, перпендикулярная скорости частицы V (JLI = co0/F, где 6«1 - угол между векторами к и V), QB - угол Брэгга, ф - азимутальный угол излучение, отсчитывается от плоскости, образованной векторами скорости V и вектором g, который перпендикулярный отражающим слоям. Длину вектора g также можно выразить через угол Брэгга и частоту Брэгга о)в:
Спектрально-угловая плотность излучения
Как уже отмечалось выше, традиционно отражения от многослойной искусственной периодической структуры рассматривают только в геометрии рассеяние Брэгга в симметричном случае, когда слои расположены параллельно поверхности мишени, хотя в кристаллической среде излучение по известным экспериментальным причинам исследуется в основном в геометрии рассеяния Лауэ. Полученные выражения позволяют исследовать зависимость характеристик излучений от толщин а и Ъ разных аморфных сред с соответствующими диэлектрическими восприимчивостями ха и Хъ а так же от параметра асимметрии s (см. 1.19), для заданного угла Брэгга 6 в определяющего угол 8 между отражающими слоями и поверхностью мишени.
Параметр v(s) (см. 1.18), принимающий значения в промежутке 0 vw l, определяет степень отражения поля от периодической структуры, которая обуславливается характером интерференции волн отраженных от разных плоскостей: конструктивным (v «1) или деструктивным (v «0).
Параметру v(s) пропорциональна угловая плотность излучений (1.33-1.35) и в случае приближенного равенства действительных частей диэлектрических восприимчивостей аморфных сред, из которых состоит периодическая структура (х ь х а) это параметр, как и интенсивность излучения, оказывается малым. Из (1.36) так же следует, что в предельном случае, когда толщина любого из слоев стремится к нулю (а—»0 или &—»0), параметр V Oи среда становится однородной, при этом естественно отражений нет, так как нет периодической структуры dN о. Параметр p(s) П (s) ext Labs (см. 1.18) характеризует степень поглощения рентгеновских волн периодической средой и равен отношению длины Хй-Ха экстинкции г(«) /у = ext gT smff к длине поглощения Т рентгеновских волн в Кы= ЩлН[ искусственной периодической структуре. Необходимо отметить, что на глубине, равной длине экстинкции, энергия первичной волны полностью перекачивается во вторичную волну, распространяющуюся в брэгговском направлении.проявления эффекта аномального низкого фотопоглощения (эффекта Бормана) в прохождении рентгеновских фотонов через искусственную многослойную периодическую структуру, хорошо известного в физике рассеяния рентгеновских лучей в кристалле [44]. Проявление эффекта Бормана в кристалле для когерентного рентгеновского излучения для различной асимметрии отражения было исследовано в работе [39]. Необходимым условием проявление эффекта Бормана, как для кристаллической, так и для искусственной периодической структуры, является к(я) 1. При этом из выражения А(1) в (1.30б) следует уменьшение величины А(1) при увеличении параметра к \ а вместе с тем уменьшение затухания ПРИ (см. 1.30б), так как уменьшается характеризующее поглощение произведение Р ДЮ. Отсюда видно, что эффект Бормана при определенных условиях может проявиться и в рентгеновском когерентном излучении релятивистской частицы на искусственных многослойных периодических структурах.
На основе полученных выше выражений (1.30а), (1.31а), (1.32а), (1.33 -1.35) для когерентного рентгеновского излучения релятивистской заряженной частицы в искусственной периодической структуре проведены численные расчеты спектрально-углового распределения излучения при различных значениях параметров диафрагирующей структуры (материал и толщина слоев мишени), степени асимметрии отражения излучения и энергии излучающей частицы.
Для сравнения в аналогичных условиях выходов излучения релятивистской частицы в кристалле и в искусственной периодической структуре построены кривые угловой плотности параметрического рентгеновского излучения в кристаллической мишени вольфрама W (см. рис.1.3) и ПРИ в искусственной периодической структуре, состоящей из аморфных слоев бериллия Be и W (см. рис.1.4). Кривые построены по формуле (1.33) при этом частота Брэгга выбрана достаточно большая о)в=8ке, важно отметить, что путь электрона в мишени Le=56[im и параметр асимметрии s = 3 выбраны одинаковыми для обоих случаев. Из рис. 1.3 и рис. 1.4 следует, что угловая плотность ПРИ из искусственной периодической структуры многократно превышает угловую плотность ПРИ из кристалла. При этом вычисленное соотношение полных выходов фотонов ПРИ составляет —-— «15. Увеличение выхода излучения связано с тем, что ширина спектра для многослойной периодической структуры (см. рис. 1.6) оказывается гораздо больше ширины спектра для кристалла (см. рис. 1.5), поскольку в первом случае электрон пересекает меньшее число неоднородностей. Кривые, описывающие спектр ПРИ, представленные на рис 1.5. и рис. 1.6, построены по формуле (1.30б).
Выход излучаемых фотонов может быть увеличен также путем изменения асимметрии отражения поля относительно поверхности мишени в сторону увеличения параметра є (см. рис. 1.7). При этом увеличение угловой плотности ПРИ в многослойной среде, происходит за счет увеличения ширины пика в спектре ПРИ, связанного с изменением ширины резонанса (1.27), происходящего при изменении асимметрии отражения є.
Проявление эффекта Бормана в ДПИ
Получено выражение, описывающее спектрально-угловые характеристики дифрагированного переходного излучения в искусственной периодической структуре в общем случае асимметричного отражения поля относительно поверхности мишени, в этом выражении спектральная часть представлена в виде суммы двух ветвей возбуждаемых в периодической среде волн и их интерференции.
Показана возможность проявления динамического эффекта аномально низкого фотопоглощения (эффекта Бормана) в дифрагированном переходном излучении релятивистского электрона пересекающего искусственную периодическую среду в геометрии рассеяния Лауэ. Анализ показал, что одна возбужденная в периодической среде волна ДПИ поглощается аномально сильно, а другая аномально слабо.
-Показано, что угловая плотность ДПИ из слоистой мишени более чем на три порядка превышает угловую плотность в монокристаллическом радиаторе в аналогичных условиях. Выявлено, что ДПИ в искусственной периодической структуре является более монохроматичным, чем параметрическое рентгеновское излучение. В связи с этим механизм ДПИ в искусственной периодической структуре будет более перспективным с точки зрения создания нового интенсивного квазимонохроматического источника рентгеновского излучения с перестраиваемой частотой. -Показано, что выход ДПИ в искусственной периодической структуре в максимуме угловой плотности растет до некоторой оптимальной толщины пластинки, затем падает из-за фотопоглощения в мишени, то есть существует оптимальная толщина мишени.
Итак, в работе получены следующие основные результаты.
1. Построена теория когерентного рентгеновского излучения релятивистского электрона, пересекающего искусственную периодически слоистую структуру в геометрии рассеяние Лауэ. Когерентное излучение представлено как суммарное параметрическое рентгеновское излучение и дифрагированное переходное излучение.
2. Получены выражения, описывающие спектрально-угловые характеристики ПРИ, ДПИ и их интерференции в геометрии рассеяния Лауэ. Важной особенностью полученных выражений является то, что они содержат параметр асимметрии, є зависящий от угла между поверхностью мишени и отражающими слоями искусственной периодической структуры.
3. Показано, что выход излучения в искусственной периодической структуре существенно превышает выход излучения в кристалле в аналогичных условиях, что связано с увеличением ширины спектра излучения в многослойной периодической структуре, обусловленным уменьшением числа неоднородностей, которые электрон пересекает в мишени. Показана возможность увеличения выхода фотонов излучения за счет изменения асимметрии отражения. Показана высокая эффективность использование искусственной многослойной среды для генерации рентгеновского излучения с энергией порядка 250 eV, которое, является высоко востребованным в современной медицинской рентгеновской диагностике.
4. Построена динамическая теория когерентного рентгеновского излучения вдоль скорости релятивистской частицы в искусственной периодической структуре для геометрии рассеяния Лауэ в общем случае асимметричного отражения поля частицы относительно поверхности мишени. Когерентное излучение представлено как суммарное параметрическое рентгеновское излучение вперед и переходное излучение. 5. Получены выражения, описывающие спектрально-угловые характеристики ПРИВ, ПИ и их интерференции в геометрии рассеяния Лауэ. Важной особенностью полученных выражений является то, что они содержат параметр асимметрии є, зависящий от угла между поверхностью мишени и отражающими слоями мишени.
6. Показано, что спектральный пик параметрического рентгеновского излучения в направлении вперед оказывается во много раз шире, чем аналогичный пик спектра излучения в монокристалле, что может облегчить его экспериментальное обнаружение и исследование. Показано, что угловая плотность ПРИ вперед релятивистского электрона в искусственной периодической структуре должна быть во много раз выше, чем в монокристалле в подобных условиях.
7. Получено выражение, описывающее спектрально-угловые характеристики дифрагированного переходного излучения в искусственной периодической структуре в общем случае асимметричного отражения поля относительно поверхности мишени, в этом выражении спектральная часть представлена в виде суммы двух ветвей возбуждаемых в периодической среде волн и их интерференции.
8. Показана возможность проявления динамического эффекта аномально низкого фотопоглощения (эффекта Бормана) в дифрагированном переходном излучении релятивистского электрона пересекающего искусственную периодическую среду в геометрии рассеяния Лауэ. Анализ показал, что одна возбужденная в периодической среде волна ДПИ поглощается аномально сильно, а другая аномально слабо.
9. Показано, что угловая плотность ДПИ из слоистой мишени более чем на три порядка превышает угловую плотность в монокристаллическом радиаторе в аналогичных условиях. Выявлено, что ДПИ в искусственной периодической структуре более монохроматично, чем параметрическое рентгеновское излучение. В связи с этим механизм ДПИ в искусственной периодической структуре будет более перспективным с точки зрения создания нового интенсивного квазимонохроматического источника рентгеновского излучения с перестраиваемой частотой. Показано, что выход ДПИ в искусственной периодической структуре в максимуме угловой плотности растет до некоторой оптимальной толщины пластинки, затем падает из-за фотопоглощения в мишени, то есть существует оптимальная толщина мишени. Полученные результаты могут быть использованы при создании альтернативного квазимонохроматического интенсивного рентгеновского источника плавно перестраиваемого по частоте.
