Специализированные источники синхротронного излучения
Источник синхротронного излучения является источником электромагнитного излучения, производимого синхротроном. Излучение может быть искусственно произведено для научных и технических целей специализированными ускорителями частиц, обычно ускоряющими электроны. Как только генерируется пучок электронов высокой энергии, он направляется во вспомогательные компоненты, такие как изгибающие магниты и вставные устройства (ундуляторы или вигглеры) в накопительных кольцах и лазерахна свободных электронах. Они питают сильные магнитные поля, перпендикулярные пучку, которые необходимы для преобразования энергии высокоэнергетических электронов в свет или какую-либо другую форму электронно-магнитного излучения.
Синхротронное излучение может возникать в ускорителях либо как помеха в экспериментах по физике частиц, либо специально для многих лабораторных целей. Электроны ускоряются до высоких скоростей в несколько этапов для получения конечной энергии, которая может находиться в диапазоне GeV. В большом адронном коллайдере (LHC) пучки протонов также производят излучение с возрастающей амплитудой и частотой по мере ускорения в вакуумном поле, создавая фотоэлектроны. Затем фотоэлектроны производят вторичные электроны из стенок труб с возрастающей частотой и плотностью до 7х1010. Каждый протон может терять 6,7 кВ на оборот из-за этого явления. Таким образом, и электронный синхротрон, и протонный синхротрон могут быть источником света.
Основные области применения синхротронного излучения - физика конденсированного вещества, материаловедение, биология и медицина. Многие эксперименты с использованием зонда синхротронного излучения позволяют исследовать структуру вещества от субнанометрического уровня электронной структуры до микрометрического и миллиметрового уровня. Это важно в медицинской визуализации. Примером практического промышленного применения является изготовление микроструктур методом литографии, гальванопластики и литья (LIGA).
Вопросы и ответы
В: Что такое источник синхротронного излучения?
О: Источник синхротронного излучения - это источник электромагнитного излучения, производимого специализированным ускорителем частиц, обычно путем ускорения электронов.
В: Как создаются сильные магнитные поля для преобразования высокоэнергетической энергии электронов в свет или другие формы электромагнитного излучения?
О: Сильные магнитные поля создаются вспомогательными компонентами, такими как изгибающие магниты и вставные устройства (ундуляторы или вигглеры) в накопительных кольцах и лазерах на свободных электронах. Они создают сильные магнитные поля, перпендикулярные лучу, которые необходимы для преобразования высокоэнергетической энергии электронов в свет или другую форму электронно-магнитного излучения.
В: Какой тип частиц может быть ускорен в синхротроне?
О: Электроны могут быть ускорены до высоких скоростей в несколько этапов для достижения конечной энергии, которая может быть в диапазоне ГэВ. Кроме того, пучки протонов по мере ускорения в вакуумном поле производят излучение с возрастающей амплитудой и частотой, создавая фотоэлектроны.
В: Какие виды применения имеет синхротронное излучение?
О: Основные области применения синхротронного излучения - это физика конденсированных сред, материаловедение, биология и медицина. Многие эксперименты с использованием синхротронного излучения исследуют структуру вещества от субнанометрового уровня электронной структуры до микрометрового и миллиметрового уровня. Это важно для медицинской визуализации. Примером практического промышленного применения является изготовление микроструктур с помощью процесса литографии, гальванизации и формовки (LIGA).
В: Сколько энергии теряет каждый протон за один оборот из-за этого явления?
О: Каждый протон может потерять 6,7 кэВ за оборот из-за этого явления.
В: Какой тип ускорителей обычно производит эти источники?
О: Источники синхротронного излучения обычно производятся специализированными ускорителями частиц, такими как накопительные кольца и лазеры на свободных электронах.
