Введение к работе
Актуальность темы. Прогресс физики электромагнитных процессов, сопровождающих прохождение частиц высоких энергий через вещество, во многом связан с развитием ускорительной техники С одной стороны, последние 10 - 15 лет проводились исследования на ускорители SPS в ЦЕРН-е для электронов и позитронов, взаимодействующих с ориентированными кристаллами (ОК), при максимально высоких энергиях, достижимых в настоящее время для электронных пучков (до 300 ГэВ) С другой стороны, за это время в различных научно исследовательских лабораториях появилось много относительно дешевых ускорителей электронов нового поколения с энергиями от 600 МэВ до 1.5 ГэВ Последнее обстоятельство существенно расширило использование таких ускорителей в производственных целях и при разработке новых технологий, использующих интенсивные пучки рентгеновских и 7 - фотонов, а также позитронов
Излучение электронов вОКпри высоких энергиях (свыше 100 ГэВ) отличается высокой интенсивностью во всей области частотного диапазона и высокой кратностью излучения (до 10 7 - квантов на 1 электрон). В связи с этим особую актуальность приобретают два вопроса исследование спектра одиночных фотонов, который в настоящее время не поддается прямому экспериментальному изучению, и исследование особенностей излучения в тераэпектронвольтной области энергий, что обусловлено скорым запуском в рабочий режим ускорителя элементарных частиц «Теватрона» (LHC), построенного в ЦЕРНе
Цель работы. Исследование и дальнейшее развитие теории радиационных процессов в сильных электростатических полях с участием ультрарелятивистских электронов, движущихся в ОК Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи
Провести теоретический анализ статистики числа близких соударений аксиалыю-каналированных электронов с атомами кристаллической решетки в области ГэВ-ных энергий налетающих частиц
Изучить влияние непрерывного потенциала на выход некогерентного тормозного излучения (ТИ), генерируемого аксиально-кана-лированными электронами с энергиями 1 — 10 ГэВ, в ОК с толщинами образцов ~ 200 — 500 мкм и сравнить интенсивность некогерентного ТИ в ОК с аналогичной величиной в аморфном веществе
Установить оптимальные толщины кристаллов для получения максимального выхода 7 - квантов в области энергий 150 — 240 ГэВ, и изучить роль спинового вклада в полные энергетические потери на излучение в ОК.
Получить количественные данные для числа излученных элек-
троном одиночных фотонов в OK алмаза, кремния, германия для разных толщин образцов и начальных энергий частиц (от 150 ГэВ до 20 ТэВ), и сравнить эффективность ОК, как генератора интенсивного у - излучения, с эффективностью толстых аморфных мишеней
5 Изучить особенности спектра излучения электронов в пределе высоких энергий и выявить энергетическую зависимость радиационной длины в ОК
Научная новизна диссертационной работы:
Впервые дан теоретический анализ статистики числа близких соударений аксиально-каналированных электронов с атомами кристаллической решетки при ГэВ-ных энергиях
Предложена теория, которая с хорошей степенью точности описывает ориентационную зависимость выхода некогерентного ТИ в ОК
Впервые изучены спектры одиночных фотонов для электронов с энергиями свыше 1 ТэВ в ОК.
Впервые исследован высокоэнергетический предел спектров излучения в постоянном внешнем поле
Впервые изучена спиновая зависимость спектра излучения электронов с ТэВ-ньши энергиями
6 Построена теория радиационной длины электронов в ОК до
энергий несколько ТэВ
Практическая ценность:
1. Результаты диссертации для области энергий от нескольких сот МэВ до нескольких ГэВ по некогерентному излучению в ОК представляют интерес для научно исследовательских лабораторий и технологических центров, использующих интенсивные пучки рентгеновского и 7 - излучения, а также позитроны
Найдены оптимальные толщины кристаллов, при которых выход излучения в заданном частотном интервале превышает аналогичную величину в толстых аморфных мишенях
Впервые получены количественные данные числа одиночных фотонов излученных в заданный частотный интервал в расчете на один электрон
Результаты исследований в области энергий свыше 100 ГэВ представляют особый интерес для проектируемых 77 и е+е~ коллай-деров.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты анализа статистики близких соударений аксиально-
-каналированных электронов с атомами кристаллической решетки при
ГэВ-ных энергиях
2 Теория некогерентного ТИ в тонких ОК для аксиально-канали-
рованных электронов с энергиями 1 — 10 ГэВ
Результаты численного моделирования динамики прохождения электронов с энергиями 150 — 240 ГэВ через ОК с учетом некогерентных эффектов, а также численные данные по оптимальным толщинам кристаллов
Теоретически установленная зависимость спинового вклада в полные энергетические потери на излучение в ОК от параметров взаимодействия
Количественные результаты для числа излученных электроном одиночных фотонов в ОК алмаза, кремния, германия для разных толщин образцов и начальных энергий частиц (от 150 ГэВ до 20 ТэВ)
Результаты анализа формы однофотонньгх спектров излучения в ОК в пределе высоких энергий, и теория радиационной длины кана-лированных электронов в ОК вплоть до энергий порядка 4 ТэВ
Личный вклад автора. Автором лично созданы все компьютерные программы моделирования рассматриваемых процессов Выведены асимптотические выражения для сечений излучения в пределе высоких энергий Построена теория радиационной длины в ОК для энергий электронов от 100 ГэВ до 4 ТэВ.
Апробация результатов. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на VII Всероссийской научной конференции студентов - физиков и молодых ученых (Екатеринбург, Санкт - Петербург, 2001), на XXXV Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, НИИЯФ МГУ, 2005), на Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Перспектива - 2005" (При-эльбрусье, 2005), на VI Баксанской молодежной школе экспериментальной и теоретической физики ВМШ ЭТФ - 2005 (Приэльбрусье, 2005), па Международном симпозиуме "International Workshop on Relativistic Channeling and Coherent Phenomena in Strong Fields" (Italy, Frascati, 2005), на XXXVI Международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, НИИЯФ МГУ, 2006)
Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, были опубликованы в 11 работах из них 2 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах по физике
Объем и структура диссертации. Рукопись научного исследования напечатана в объеме 111 машинописных страниц и включает в себя титульный лист, оглавление, введение, основной текст, содержащий 4 главы с краткими и четкими выводами к каждой главе, 20 рисунков и 1 таблицу, общие выводы, библиографический список из 147 наименований и приложение
