Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов

 

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для получения пучков поляризованных частиц. Цель изобретения - упрощение способа и улучшение условий формирования пучков поляризованных электронов. Для этого осуществляют накопление электронов на поверхности диэлектрика, создание магнитного поля, направленного параллельно этой поверхности, и облучение участка, на котором накоплены электроны, электромагнитным излучением определенной длины волны. По достижении установившегося режима накачки действие магнитного поля прекращают и через интервал времени, не превышающий время жизни электрона в возбужденном состоянии, перпендикулярно поверхности диэлектрика возбуждают электрическое поле с определенной напряженностью. Приводятся выражения, согласно которым выбирают величину длину волны электромагнитного излучения и величину напряженности электрического поля. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (р!) Н 05 Н 6/00!

I

Р ГКН СССР

ОПИСАНИЕ H306PETEHHR

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

П И Т

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4484526/24-21 (22) 20 ° 09.88 (46) 23.05.90. Бюл, 11 - 19 (72) В.П.Ефимов, А,М.Шендерович и В,В,Закутин (53) 621.384.6(088.8) (56) Kisker Е,, Baum G. et а1. Electron field emission from ferromagnetic europium sulfide on tungsten, Phys. Rev. В., 1978, 18, М - 5, р,22562275.

Вайнрайт и др. Применение источника поляризованных электронов на основе эффекта Фано для исследования рассеивания электронов малых энергий на атомах. — Приборы для научных исследований. 1978, В 5, с. 1 †1, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ (57) Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано для получения пучков поляризованных часИзобретение относится к методам получения пучков поляризованных частиц и может быть использовано при соэ. дании источников поляризованных электронов для ускорителей.

Целью изобретения является упрощение способа и улучшение условий формирования пучка поляризованных электронов.

На фиг,! показана схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг,2 — схема энергетических уровней электрона на поверхности диэлектрика в магнитном поле, „„SU „„1566520 А 1

2 тиц. Цель изобретения — упрощение способа и улучшение условий формирования пучков поляризованных электронов, Для этого осуществляют накопление электронов на поверхности диэлектрика, создание магнитного поля, направленного параллельно этой поверхности, и облучение участка, на котором накоплены электроны, электромагнитным излучением определенной длины волны, По достижении установившегося режима накачки действие магнитного поля прекращают и через интервал времени, не превышающий время жизни электрона в возбужденном состоя нии, перпендикулярно поверхности диэлектрика возбуждают электрическое поле с определенной напряженностью.

Приводятся выражения, согласно которым выбирают величину длину волны электромагнитного излучения и величину напряженности электрического поля. 2 ил.

Устройство (фиг,1) содержит диэлектрик, на поверхности 1 которого осуществляется накопление электронов, инжектируемых из электронной пушки

2 в виде пучка 3, На фиг,! обозначены поток 4 фотонов электромагнитного излучения, направляемый на область накопления электронов, н лучок 5 поляризованных электронов, Е и Н вЂ” соответственно векторы напряженности электрического и магнитного полей.

На фиг.2 показаны энергетические уровни 1,2 ° ...,n с главным квантовым. 1 566520. 35 энергия покоя электрона, Дж; классический радиус электрона, м; комптоновская линия волны где Я вЂ”

r е электрона, м;

1,2,3... — главное квантовое число, 40 (2) где Я вЂ” диэлектрическая постоянная диэлектрика, При включении магнитного поля энергетические уровни расщепляются (эффект Зеемана):

50 (3) где 11 — магнетон Бора, Дж/Тл;

В - магнитная индукция, Тл, Если облучить поверхность 1 ди55 электрика электромагнитным излучением

4 (фиг.1) с длиной волны, определяемой выражением числом 1,2,...,п соответственно, а переход электрона с нижнего подуровня с главним квантовым числом 1 на верхний подуровень с главным квантовым числом и б — переход электрона с верхнего энергетического подуровня с главным квантовым числом 1 на нижний энергетический подуровень с главным квантовым числом и, Короткими стрелками показано направление проекции спина электрона на направлени6 магнитного поля, Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов осуществляется следующим образом, На плоскую поверхность 1 диэлектрика, расположенную в плоскости ху, помещают электроны, Это можно сделать, например, с помощью специальной вспомогательной электронной пушки 2, из

Ю „ которой на поверхность диэлектрика направляют электронный пучок 3 с низкой энергией электронов, Количество электронов (или их полный заряд) опре- . деляется необходимой величиной импульсного тока пучка. Затем в области их лолакалиэации создают магнитное поле, параллельное поверхности диэлектрика, Энергетические уровни электрона

30 на поверхности диэлектрика описываются следующим соотношением:

1 = — — — г

?Н Eоге л2 2 (I ) п 7

ch

%— (4) 211 г Гесо(1 ) п скорость света, и/с; постоянная Планка, Дж ° с; соответственно энергия покоя, Дж, классический радиус, м и комптоновская длина волны, м, электрона; главное квантовое число где с

h о ° rå1 е

h для энергетического уровня, на который переходит электрон, Е -1

4(E + 1) 10 — магнетон Бора, Дж!Тл„

 — магнитная индукция, Тл, то для случая, соответствующего знаку "+" в выражении (4), происходит переход электронов с нижнего подуровня с главным квантовым числом 1 на верхний подуровень с главным квантовым числом и (линия а на фиг,2). На этом уровне могут находиться электроны только с одним определенным наФ правлением проекции спина на ось х, совпадающим с направлением магнитного поля.

Тот же эффект имеет место при облучении поверхности диэлектрика излучением 4 с длиной волны, соответствующей знаку "-" в выражении (4). Тогда электроны переходят с верхнего подуровня с главным квантовым числом

1 на нижний подуровень с главным квантовым числом и (линия б на фиг,2), B результате они также поляризованные, но в противоположном направлении, Величина магнитного поля определяет расщепление уровней и, следовательно, длину волны электромагнитного излучения для перевода электронов с нижнего уровня на верхний, Поэтому величина магнитного поля зависит от ширины полосы излучения источника электромагнитного излучения, т,е, чем шире полоса излучения, тем больше должна-быть величина магнитного поля, После достижения установившегося режима накачки прекращают воздействие магнитного поля и создают перпендикулярное поверхности диэлектрика электрическое поле Е (В/М) такой величины, чтобы оно, удаляя электроны с возбужденных уровней, было недостаточным для удаления электронов, нахогде е — заряд электрона, Кл.

При наличии однородного электрического поля F., нормального к поверхности диэлектрика

{ =

ze

Е

При какой напряженности электрического поля F. электрон с энергией (1) проходит над барьером. Эта напряженность электрического поля опреде- 20 ляется, очевидно, иэ условия е Я„,о,„=

Проводя вычисления, получают

3 4 o Z II 1е

F» « (7) и е по

Поэтому, если выбрать напряженность электрического поля согласно неравенству л4г 3 4,- э 3

Со 2 7e < Г 2 7е

+ 0E- + 1 > () 30 е и ф е то практически все электроны с возбужденных уровней н малая часть электронов с основного уроння удаляют с поверхности диэлектрика, Полученный в результате пучок 5 свободных электронов частично поляризован, Практически можно выбрать значение F. н пределах неравенства (8), при котором поляризация электронного пучка близка 40 к 100%. Это следует из того факта, Еп 1 что согласно (7) отношение

Е п4

Например, даже при выборе n=2 и Е, б.низком к Е, как показывает расчет, 45 прозрачность потенциального барьера для основного состояния составляет — <48

10, т.е. вклад неполяризованных электронов из основного состояния (п=1) в результирующий пучок 5 поляризованных электронон практически равен нулю.

Время жизни электрона в возбужденном состоянии имеет, как известно, конечную величину, После снятия магнитного поля происходят спонтанные переходы электронов в основное состояние, Поэтому отрезок времени между началом спада магниФного поля и устанонле35

5 15665 дящихся в основном сос жянии, Определим требуемую для этого напряженность электрического поля, Потенциал поля изображения на поверхности диэлектрика { (В) имеет вид

ze

{ = — — — z

z 4 (+1) (5) 20 6 нием электрического поля должен быть меньше времени жизни электрона в возбужденном состоянии.

Прекращение воздействия магнитного поля необходимо, так как при наличии магнитного поля, направленного вдоль поверхности диэлектрика, весьма затруднителен сбор электронов, удаляемых с поверхности диэлектрика электрическим полем из-за их сложной траектории в скрещенных электрическом и магнитном полях. Использование магнитного поля, перпендикулярного поверхности, не представляется возможным, так как н этом случае имеет место вырождение и образуются так называемые уровни Ландау, в которых уровень с главным числом и и определенным направлением спина электрона совпадает с уровнем с главным числом п+1 и противоположным направлением спина электрона„

В результате проделанных операций может быть получен пучок электронов со степенью поляризации, близкой к

1 00%, током 0,5 А в импульсе длительностью I мкс. для заполнения поверхности диэлектрика электронами не обязательно использовать электронный пучок. Этого можно достигнуть, например, электризацией трением, В качестве диэлектрика можно использовать любой твердый диэлектрик или даже поверхность жидкого гелия, 1

Таким образом, обеспечивая получение по крайней мере не меньшей интенсивности и степени поляризации электронного пучка, предлагаемый способ позволяет достигнуть этого более простыми средствами. При предлагаемом способе нет необходимости использовать атомные пучки щелочных металлов, из-за химической активности которых возникают серьезные трудности при получении и удержании газа таких атомов достаточной плотности. В качестве рабочего вещества используются электроны, нанесенные на поверхность твердого диэлектрика, при работе с которым не возникают указанные трудности. Кроме того, электрическое поле, вырывающее электроны с поверхности диэлектрика, может быть одновременно использовано для формирования пучка поляризованных электронов, В прототипе же для этой цели необходимо использовать дополнительные устройства, 1566520 так как удаление поляризованных электронов из атомов производится другими методами. Таким образом, применение предлагаемого способа облегчает усло5 вия формирования пучка поляризованных электронов, формул а и з о б р е т е н и я

Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов путем воздействия на вещество электромагнитным излучением с параметрами, обеспечивающими переход электрона в состояние с определенной поляризацией, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа и улучшения условий формирования пучка поляризованных электронов, на поверхности диэлектрика накапливают электроны, затем в области их локализации создают магнитное поле, параллельное поверхности диэлектрика, при этом длину волны ф электромагнитного излучения, воздействующего на эту область поверхности диэлектрика, выбирают согласно вы- 25 ражению

ch

Ъ = - = - —

2» г r С, 1

%: (1- — )+ 2(ИВ где с — скорость света, м/с;

h — постоянная Планка, Дж.с;

g» г, h — соответственно энергия покоя, Дж, классический радиус (м) и комптоновская длина волны, м, электрона;

n — главное квантовое число для энергетического уровня, на который переходит электрон;

Е-1

7. » +1) (где Я вЂ” диэлектрическая постоянная диэлек.— трика); — магнетон Бора, Дж/Тл;

 — магнитная индукция, Тл, а по достижению установившегося режима воздействие магнитного поля прекращают и через интервал времени, не превышающий время жизни электрона на возбужденном уровне, перпендикулярно поверхности диэлектрика возбуждают электрическое поле с напряженностью F, В/м, удовлетворяющей условию с 4 3 Э л з

Рог ГЕ» о Е ГЕ о ) 0 n Q+ е 1

С с где е — заряд электрона.

1566520

Составитель F.. Ãðoìoý

Редактор О,Жрковенкая Техред Л.Олийнык Корректор В,Кабаций Iираж 660

Подписное

Заказ 1?30

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101

Фиг.2