Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Способ фокусировки пучка заряженных частиц – явление в классической электродинамике. Ослабление излучением в физике ускорителей – это явление, при котором бетатронные и продольные колебания частиц затухают из-за потери энергии на синхротронное излучение. Его можно использовать для уменьшения эмиттанса пучка высокоскоростных заряженных частиц. Два основных способа использования ослабления излучением для уменьшения эмиттанса пучка частиц – это использование ондуляторов и демпфирующих колец (часто содержащих ондуляторы), оба основаны на одном и том же принципе: индуцирование синхротронного излучения для уменьшения импульса частиц, а затем восстановление импульса только в желаемом направлении движения.
Way of focusing a charged particle beam
the phenomenon in classical electrodynamics
Radiation damping in accelerator physics is a phenomenum where betatron oscillations and longitudinal oscilations of the particle are damped due to energy loss by synchrotron radiation. It can be used to reduce the beam emittance of a high velocity charged particle beam. The two main ways of using radiation damping to reduce the emittance of a particle beam are the use of undulators and damping rings (often containing undulators), both relying on the same principle of inducing synchrotron radiation to reduce the particles' momentum, then replacing the momentum only in the desired direction of motion.
Ослабляющие кольца
Поскольку частицы движутся по замкнутой орбите, поперечное ускорение заставляет их излучать синхротронное излучение, тем самым уменьшая величину их векторов импульса (относительно расчетной орбиты) без изменения их направления (пренебрегая квантовыми эффектами на данный момент). В продольном направлении потеря импульса частиц из-за излучения компенсируется ускоряющими секциями (ВЧ-резонаторами), установленными на траектории пучка, чтобы достичь равновесия при расчетной энергии ускорителя. Поскольку этого не происходит в поперечном направлении, где эмиттанс пучка увеличивается только за счет квантования потерь на излучение (квантовые эффекты), поперечный равновесный эмиттанс пучка частиц будет меньше при больших потерях на излучение по сравнению с малыми потерями на излучение. Поскольку высокая кривизна орбиты (малый радиус кривизны) увеличивает интенсивность синхротронного излучения, кольца демпфирования часто имеют небольшие размеры. Если для заполнения большого накопительного кольца требуются длинные пучки с большим количеством частиц, кольцо демпфирования может быть расширено длинными прямыми участками.
As particles are moving in a closed orbit, the lateral acceleration causes them to emit synchrotron radiation, thereby reducing the size of their momentum vectors (relative to the design orbit) without changing their orientation (ignoring quantum effects for the moment). In longitudinal direction, the loss of particle impulse due to radiation is replaced by accelerating sections (RF cavities) that are installed in the beam path so that an equilibrium is reached at the design energy of the accelerator. Since this is not happening in transverse direction, where the emittance of the beam is only increased by the quantization of radiation losses (quantum effects), the transverse equilibrium emittance of the particle beam will be smaller with large radiation losses, compared to small radiation losses. Because high orbit curvatures (low curvature radii) increase the emission of synchrotron radiation, damping rings are often small. If long beams with many particle bunches are needed to fill a larger storage ring, the damping ring may be extended with long straight sections.
Волночные и виггальные машины
Когда требуется более быстрое демпфирование, чем обеспечивают повороты, свойственные кольцу демпфирования, обычно добавляют ондуляторы или вигглеры для генерации большего количества синхротронного излучения. Это устройства с периодическими магнитными полями, которые заставляют частицы совершать поперечные колебания, эквивалентные множеству небольших, резких поворотов. Они работают по тому же принципу, что и кольца демпфирования, и эти колебания приводят к излучению синхротронного излучения заряженными частицами. Множество небольших поворотов в ондуляторе имеет то преимущество, что конус синхротронного излучения направлен в одном направлении – вперед. Это проще экранировать, чем широкий веер, создаваемый большим поворотом.
When faster damping is required than can be provided by the turns inherent in a damping ring, it is common to add undulator or wiggler magnets to induce more synchrotron radiation. These are devices with periodic magnetic fields that cause the particles to oscillate transversely, equivalent to many small tight turns. These operate using the same principle as damping rings and this oscillation causes the charged particles to emit synchrotron radiation. The many small turns in an undulator have the advantage that the cone of synchrotron radiation is all in one direction, forward. This is easier to shield than the broad fan produced by a large turn.