Введение к работе
Актуальность проблемы. Для измерения параметров пучка в ускорителях и накопитолях электронов широко используется синхрот-рогаюе излучение в видимой области спектра. Это обусловлено достаточно высокой интенсивностью излучения электронов, наличием высокоточной аппаратуры и хорошо отработанной методики измерения параметров световых пучков в этом спектральном диапазоне, многолетний опыт эксплуатации подобных систем доказал их надежнооть, универсальность и высокую разрешапцую способность.
Заманчивая возможность использования таких систем в существующих ускорителях протонов сталкивается с проблемой низкой интенсивности синхротронного излучения протонных пучков. Синхрот-ронпое излучение можно будет использовать для диагностики пучков сооружаемых в настоящее время протогашх синхротронов-накопителей нового поколения с энергией протонов выше I ТэВ (таких, как ускорительно накопительный комплеко (УНК) в 1МВЭ (Протвино), протонных коллайдеров SSC, LHG). Однако и в этих накопителях на начальной стадии ускорения (при энергии пучка ниже, чем I ТэВ) интенсивности синхротронного излучения будет явно недостаточно для измерения параметров ускоряемого пучка протонов. Это делает актуальным другие возможности генерации интенсивного видимого излучения протонного пучка.
Для диагностики протонного пучка можно использовать диполь-ное краовое излучение, формируемое в области спада поля поворотного магнита синхротрона, интенсивность этого излучения в видимом диапазоне длин волн значительно превосходит интенсивность синхротронного излучения. Так, видимое краевое излучение использовалось для изморения поперечного профиля протонного пучка синхротрона SPS (СШ1, Женева). Используя ондулятор или короткие магниты, при необходимости можно получить ещ9 более интенсивное излучение, что соответственно позволит проводить диагностику протонного пучка при ещ8 болоо низких значениях его тока и энергии.
В некоторых случаях краевое излучение в видимом диапазоне длин волн удобно использовать для измерения параметров пучков элоктронных накопителей (в частности, сооружаемых в Российском научном центре "Курчатовский институт" (Москва) накопителей электронов Сибирь-I, Сибирь 2). В медианной плоскости накопителя интерферирующее краовоо излучение электронов является сильно неод-
нородішм (в отлично от синхротронного излучения), что позволяет измерять горизонтальний угловой разброс электронов в пучко.
Свойства краевого излучошія ролитивистсішг частиц существенно отличаются от свойств синхротронного излучения. В частности, при диагностике пучка с помощью краевого излучения необходимо учитывать ого интврфоронцию. Однако, в отличив от синхротронного излучошія, свойства краевого излучения били изучены недостаточно подробно. Для выбора оптимальной системи, создающей неоднородное магнитное поло, тошко пообходим детальний анализ зависимости спектра излучения пучка заряконннх частиц от геометрии этой системи.
Цель роботи. Диссертационная робота посвящона расчбту опокт-pajanux "характеристик электромагнитного излучения релятивистских частиц в неоднородных магнитных полях. Основное вниманио уделялось краевому излучению из поворотних магнитов синхротронов и излучении в поло коротких магнитов с целью опродолешш ВОЗМОЖНОСТИ их использования для диагностики пучкив протошшх ускорителей и
КОЛЛайДОрОВ СПОрХНЦСОКИХ ЗНОрГНЙ. КоНКрО'ПШв рОСЧеТи СПОКТрОВ излучошія протонного пуша проводились для У1ІК.
Научная новизни. В диссортошш получены следующие основний результати:
-
Проанализировано влияние Форш спада магнитного поля диполя па споктрально угловые харикторпстнки краевого излучения частицу и получены аналитические вираження для ого интенсивности в видимой области осота.
-
Разработана методика расчОта, позволяющая в общем виде анализировать влияние гоомотрии плоской магнитной системы на спект-ралышо характеристики дипольного излучения, опуская при атом достаточно трудоПмкую стадию расчета форлы магнитноі-о поля. В общим случае доказано, что уменьшение зазора меаду полюсами плоской магнитной системы приводит к окспононциальному росту спектральной плотное дипольного излучения, и получено соот-витстнукцои аналитическое выражение.
-
В общем случаи щмьедшш оценка продольной точности измерения поперечного профиля ігучка с помощью дипольного электромагнитного излучошія (продельная разрешающая способность).
-
Рассчитана шітеріюрииция дипольного краевого излучения с краев сосиднш магнитов и для нов получены аналитические формули.
б. Получены и проанализированы спектры излучения одиночной частицы в поле коротких магнитов (шторок).
6. В общем виде получена аналитическая зависимость спектрально -углового распределения энергии дипольного излучения релятивио-тской частицы от ей поперечных координат. Получены выражения, связывающие функцию распределения поперечной плотности пучка о поперечным распределением спектральной яркости электромагнитного излучения пучка в полях плоского ондулятора и шторок.
Практическая ценность.
-
Получоннне в настоящей диссертации результаты позволили рассчитать спектральные характеристики излучения протонного пучка УПК в краевых полях дштолой и в поле коротких магнитов. Это дает возможность разработать систему неразрушающей диагностики протонного пучка для первой (с энергией протонов до 600 ГэВ) и второй (с энергией протонов до 3 ТэВ) ступеней УНК.
-
Полученные в диссертации результаты нооят общий характер. Их можно использовать при расчетах спектральных характеристик дипольного излучения пучка других протонных синхротронов и кол-лайдеров.
-
ПроведЗшше исследования позволили объяснить ряд закономерностей, експериментально наблюдавшихся в спектрах интерферирующего краевого излучения.
1. Развитая в диссертации методика расчетов может эффективно применяться при разработке плоских магнитных систем, создаваемых для генерации дипольного электромагнитного излучения. Так, автором был предложен мшсроондулятор, конструкция которого позволяет обойтись без применения постоянных редкоземельных магнитов (в отличив от аналогичных микроондуляторов, создаваемых за рубежом).
Апробация работы. Положенные в основу диссертации результаты укладывались на семинарах институтов ИФВЭ (Протвино), ИОФАН ;ыосква), ИАЭ им.И.В. Курчатова (Москва), ХФТИ (Харьков), на конференциях Отделения общей и ядерной физики ИАЭ им. И.В. Курчатова ;январь 1989 г., январь 1991 г.), на XI Всесоюзном совещании по скорителям заряженных частиц (Дубна, 26-27 октября 1988 г.), на іеждународной конференции по использованию синхротронного излуче-ия СИ - 90 (ІІосква, 2Є-29 июня 1990 г.), а также опубликованы в іаботах / 1 - 10/.
