5. Электронные накопители

Многие циклические ускорители электро­нов используются в качестве источников синхротронного излучения (СИ), возникающего при движении высокоэнергетичных электронов в магнитном поле. Чаще всего для этого используют накопительные кольца (накопители), где пучок высокоэнергетичных электронов может циркулировать часами.

В накопитель (рис. 11) инжектируются уже ускорен­ные электроны, энергия которых равна или немного меньше ра­бочей энергии в кольце. В накопителях установлены фокусирую­щие и поворотные магниты. Фокусирующие мультипольные маг­ниты формируют неоднородное поле, которое воздействует на электроны как линза, стягивая их в узкий пучок вдоль оси камеры. Поворотные магниты своим полем, перпендикулярным направлению движения электронов, искривляют их траекторию так, что она включает несколько дуг окружности, соединенных прямолинейными участками.

Синхротронное излучение рождается на криволинейных участках траектории и выводится из ка­меры по тангенциально расположенным каналам. Электроны проходят через один или несколько резонаторов, в которых со­здается ускоряющее с частотой порядка 100 МГц ЭМ поле, восполняющее потери энергии на СИ. После прохождения резонатора пучок электронов выходит в виде элек­тронных сгустков длиной в несколько сантиметров.

Важная характеристика источника СИ – плотность потока энергии, испускаемого в единичный телесный угол с еди­ницы площади активной зоны источника. СИ характеризуется чрезвычайно высокой плотностью потока энергии, иногда назы­ваемой яркостью источника. СИ от поворотных магнитов примерно в 106 раз ярче, чем излучение рентгеновских источников.

Плотность потока энергии СИ можно увеличить, заставив электроны колебаться при их движении в накопительном коль­це. Для этого предназначены вигглеры и ондуляторы (франц. onde – волна) – магнитные устройства, устанавливаемые на линейных участках между поворотными магнит­ами. Конструктивно они имеют вид набора магнитных диполей, создающих чередующиеся по знаку (знакопеременные) магнитные поля, направленные перпендику­лярно электронному пучку. Это заставляет электронный пучок двигаться по синусоиде и излучать СИ в направлении движе­ния электронов.

Рис. 11. Накопительное кольцо: 1 – магнитный инжектор; 2 – электроны из инжектора; 3 – выход СИ; 4 – ондулятор; 5 – поворотный магнит; 6 – радиочастотный резонатор; 7 – вигглер

Вигглеры и ондуляторы дают разное угловое отклонение пучка. В вигглере этот угол велик в сравнении с естественной расходимостью СИ, что дает непрерывный спектр. На выходе вигглера мощность и яркость СИ больше, чем от поворотных магнитов.

В ондуляторе угловое откло­нение электронного пучка, вызываемое одним диполем, меньше или близко естественной расходимости СИ. Поэтому СИ каж­дого электрона может усиливать друг друга или подавлять из­лучение. При таком стимулированном излучении вся энергия СИ концентрируется на частотах, где происходит уси­ление.

Синхротронное излучение перспективно использовать для та­ких методов контроля, как контактная микроскопия, рентгенов­ская томография, проекционная микроскопия, сканирующая мик­роскопия, голографическая микроскопия, рентгеноструктурный анализ, определение элементного состава ОК, для метро­логии и медицинских приложений.