Спиральный ондулятор

 

СПИРАЛЬНЫЙ ОНДУЛЯТОР, содержащий цилиндрический каркас, обмотку из двух последовательно соединенных проводников, образующих : двухзахо ную спираль, заходы у которой сдвинуты один относительно другого на половину шага намотки, отлич аЮЩийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, ондулятора путем увеличения интенсивности и жесткости излучения и получения высокой степе ни циркулярйо поляризованного излучения на гармониках высших порядков в максимуме их интенсивности по оси ондулятора, концентрично, первой обмотке установлена вторая обмотка из двух последовательно соединенных проводников, образующих двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты, один относительно другого на половину шага намотки, при этом проводники двух обмоток образуют только левую или только правую винтовую линию, а шаг винтовой линии первой обмотки Э и шаг винтовой линии второй обмотки (. связаны между собой соотношениями Р Лг т-р где m - порйдок симметрии закона циркуляции вектора скорости частицы, причем ш 3; р - целое число, меньшее in, причем 2р т.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР . ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

31Ф 22

3 р

Гт m-p (21) 3454515/18-21 (22) 18.06.82

-(46) .30.01.87. Бюл. У 4 (71) Физический институт им. П.Н.Лебедева (72) Е.Г.Бессонов и В.И.Алексеев (53) 621.384.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 538508, кл. Н 05 Н 7/04, 1975. . Алферов Д.Ф. и др. К теории ондуляторного излучения. — ЖТФ, 43, 10, 2126, 1973. (54)(57) СПИРАЛЬНЫЙ 0НДУЛЯТ0Р ссдержащий цилиндрический каркас, обмотку из двух последовательно соединенных проводников, образующих . двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты. один относительно другого на половину шага намотки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,ондулятора путем увеличения интенсйвности и жесткости излучения и получения высокой степени циркулярно поляризованного излу„„SU„„107278! (51) 4 Н 5 Н 7/04 чения на гармониках высших порядков в максимуме их интенсивности по оси ондулятора, концентрично первой обмотке установлена вторая обмотка из . двух последовательно соединенных проводников, образующих двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты, один относительно другого.на половину шага намотки, при этом проводники двух обмоток образуют только левую или только правую винтовую линию, а шаг винтовой линии первой обмотки Я и шаг винтовой линии второй обмоткй

) связаны между собой соотношениями

Фас где ш — порядок симметрии закона циркуляции вектора скорости ф, частицы, причем m > 3; . ар р — целое число, меньшее ш, причем 2р Ф ш.

Ь М

00 шшй ретению является спиральный ондулятор, со, держащий цилиндрический каркас, обмотку из двух последовательно соединенных проводников, образунлцих двухзаходную спираль, заходы которой 30 сдвинуты один относительно другого на половину шага намотки. . Недостатком его является то, что в диапазоне углов л0 = †вбли1

35 зи направления О = 0 сосредоточена в основном первая гармоника, степень циркулярной поляризации которой

100Х, а на гармониках высших порядков в направлениях, соответствующих 40 их максимальной жесткости и интенсивности, степень циркулярной поляризации равна нулю. Это не позволяет использовать такой ондулятор как источник жесткого циркулярно поляризо- 45 ванного излучения в области мягкого рентгена при энергиях ускорителя

1-5 гэВ. Кроме того, в таком ондуля-! .торе излучение на гармониках высших порядков направлено не по геометри- 5р ческой оси ондулятора, что значительно затрудняет использование его как источника для облучения объектов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей спирального ондулятора путем увеличения интенсивно ти и жесткости излучения и получение высокой степени циркулярно поляризованного излучения

2 р

m p где ш — порядок симметрии закона циркуляции вектора скорости частицы, причем ш 3; р — целое число, меньшее m, причем 2р Ф m.

Поляризационные характеристики излучения можно представить с помощью параметров Стокса с оаK

d0 Э1

= =И1

2 RE 1п Еу» еЕ Еак где ; — параметры Стокса;

Eê (= 0

2) — компонент

Фурье напряжениости электрического по ля вол ны ОИ;

1 1072181 2

Изобретение относится к ускори- на гармониках высших порядков в мактельной технике и может быть исполь- симуме их интенсивности по оси ондузовано для получения поляризованно- лятора. го электромагнитного излучения в ши рокой области спектра. 5 Поставленная цель достигается

Известен ондулятор, содержащий тем, что в спиральном ондуляторе, социлиндрический каркас, на котором держащем цилиндрический каркас, обконцентрично расположены две обмотки, мотку из двух последовательно соекаждая из которых намотана двумя диненных проводников, образующих последовательно соединенными провод- " двухзаходную спираль, заходы у ко1ï никами, образующими двухзаходную спи- торой сдвинуты один относительно раль, заходы которой сдвинуты один- другого на половину шага намотки, относительно гого на п дру ого на половину концентрично первой обмотке установшага намотки. лена вторая из двух последовательно

В таком онд лято е можно и ду оре можно полУ- соединенных проводников, образующих двухзаходную спираль, заходы у котолучение при включении только о ной только одной .Рои сдвинуты один относительно .другообмотки. При включении двух обмоток го на половину шага намотки, при излучение линейно поляризовано. По- этом проводники двух обмоток обраэтому такой ойдулятор не может ис- 20 зуют только левую или только правую . пользоваться как эффективный источ- винтовую линию, а шаг винтовой линик циркулярно поляризованного излу- нии первой обмотки Я и шаг винтоi> чения. вой линии второй обмотки Я свяэа2 ны между собой соотношениями

Наиболее близким к изоб

1072781

2% т

15 (3) + 1 (роз qt +

Sin 3. ? t ) !

Ф

+ —" совЫ t ))

+ K (Ь1пЫ )

169 . (4) Я

К вЂ” номер гармоники ОИ; () = ю

1-й(4)g= К Ю

Я вЂ” частота колебаний частицы.в ондуляторе;

R " расстояние от ондулятора до точки наблюдения,;

v — - вектор скорости частицы; ф с — средняя скорость частицы в ондуляторе;

Б (с) =f (t) — vt — отклонег 20 ние радиуса вектора частицы от центра колебаний. частицы в ондуляторе; е — заряд частицы; с — скорость света;

Выражение (2) справедливо под уг . 25 лами g ((l когда

/Ez((/ /Е)(к / + /Еук / е Если E и Е „, представить в виде зр

Rå Е

Еук = Ве Еук + )л Еук.

f подставив эти значения в выражение (2), получим (T „„) + (Р е E )2 35

= -1, отсюда / / = 1, что означает, что степень циркулярной поляризации 4р близка к 100Х на К-й гармонике в том случае, когда Е„„ = i Е „еЭтот случай может иметь место в каком-то ! одном или нескольких направлениях и. В других направлениях / (/ < 1 ° 45

Исследуем циркулярно поляризованное ОИ, испускаемое в направлении и // К, где К вЂ” орт вдоль оси Е ондулятора.

Чтобы в направлении и эффективно 5р испускапось циркулярно поляризованное ОИ на высших гармониках необходимо, чтобы вектор (с) ) периодически проходил через это.направление а его компоненты Р<Ру ОписыВали 55 кривую, обладающую симметрией порядка ш ) З,а компонента являлась периодической функцией. с периодом mT

Например, такой режим реализуется в ондуляторе„ состоящем из двух концентрично расположенных обмоток, каждая иэ которых намотана двумя . последовательно соединенными проводниками, образующими двухзаходную спираль, заходы у которой сдвинуты один относительно другого на половину шага намотки, при этом проводники двух обмоток образуют только левую или только правую винтовую .ли-. нию, а . ) = — ) .Положим тЗ, P

1 m — p 2 р = 2 в этом случае Л 1= 2,Я = 2ЯО . () = 1(и) ( (Cos >(t

+Cos3 t ) +1 (SinQt +

+ Sin 3 Я,t )) + ((()Ь

Cos 4.Рt );

8:„(е) = .ЙАШ (((. ое „, 2

В таком спиральном ондуляторе фор. мируется поле вида

0 = Н„(1 (Sin 2 2 + ь

6%2 —. 2%Z

+ 3 San †) + j (Cos г — +

7(o .Ъ

+ 3 Соз )) . (5) о

При этом вектор напряженности электрического поля волны ОИ описывает в плоскости В„ (траекторию с симметрией " m .--. 3. Величины 7(и

Н„„ связаны с Я и ).1 „ соотношениями е Н() ь

Фт, В рассматриваемом случае степень с циркулярной поляризации где D, = f n { n E„j), а коэффициенты

$=z е *» (е (Е е (е» ((м

l072781

%/д ,,„= I

-Ф/Р: l(/Qt

„,= I

-%/9 Я

В,„=,1 ч/я

/ (Cos Я t + Cos 3 9 t ) ехр I 1„Я(1- — " l (1 ; (Sitt Q t + Sitt 3 Й t ) ехр ((<9(t — 1(dt; с(1-йф,) 1) ((— — Сов 4 Я. t ) ехр (i+Q(t ; — " ))

4 где

8„() =," Lt и„(Sin 3

+ созЯ t )1 169 sin 49 t; п1(= sin, n = Бз.пЧ п = СозО *

1 р Р„. "Vy 6 — Углы, образуемые вйктором и с плоскостями xZ, yZ и осью 2, Dyк = (n„õ 1) кк + n„ny lyly +

+ ny nz z((((6) (° Эук = (ny 1) p y((+ и 1(п у 1(к +

+ пу .n z Вz ( угЛы p<, +Y, Q cBB3BHbl с соотношени ем

SilI 9 = Б1гРф;,+ Sin +„.

Исследуем свойства ОИ, испускаемого в направлении оси ондулятора.

1 у =8 = 0 n = n = 0 х Y и„= 1;

Т хк Вук р ук Вук

Используя разложение ехр Г к Р БыЧ

=Е: Т (КЖ) ехр (il+ ), 1

2((Ж

4+1 (К " )1где К = 2 + 1; (= 0,1,2..., (рр12

16 (1-р) Подставив в выражение (6) искомые величины, получим, что в данном случае в направлении оси Z испускается ОИ со степенью циркулярной поля.ризации /Р / = 1 на всех гармони 2 ках.

На фиг. 1 изображена схема спирального ондулятора; на фиг. 2 — про екция циркуляции вектора скорости частицы в спиральном ондуляторе при

m = 4; на фиг. 3 — проекция вектора

Рt — .,Sin9 t ) + n (-Cos 39 t +

1 скорости частицы в ондуляторе-прототипе; на фиг. 4 — проекция вектора

2р скорости частицы в предлагаемом ондуляторе.

Спиральный ондулятор состоит из

:,двух концентрично расположенных обмо,ток 1 и 2. Обмотка 1 намотана двумя

25 последовательно соединенными проводниками 3 и 4, а обмотка 2 намотана (двумя последовательно соединенными проводниками 5 и 6. Шаг винтовой линии обмотки 1 не равен шагу винтовой

30 линии обмотки 2.

Как видно на фиг. 3, изобража- .. ющая точка частицы движется по окружности на К-й гармонике. Излучение направлено под углом к оси он35 дулятора и в максимуме интенсивности и жескости степень циркулярной поляризации равна нулю. Как видно на фиг. 4, изображающая точка в спиральном ондуляторе за период

40 четыре раза проходит мимо центра, находящегося на геометрической оси ондулятора.. В этом случае излучение на К-й гармонике направлено по геометрической оси ондулятора и в максимуме интенсивности и жесткости степень циркулярной поляризации равна 100Х. Расчеты показывают, что по сравнению с прототипом интенсивность излучения увеличивается в пять раз, а жесткость — в четыре раза.

Таким образом, такой спиральный ондулятор можно эффективно использовать как источник жесткого циркулярно поляризованного излучения.

1072781

Составитель А;Юрчикова

Техред И.Попович l" Корректор С.Шекмар

Редактор С.Титова

Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, .по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7742/1,Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная,. 4