Синхротронное излучение (Расширенная программа курса)

1
Синхротронное излучение
Программа курса лекций
Ассистент Константин Владимирович Золотарев
Лекция 1. Введение. Качественный вывод основных свойств СИ
1. Введение.
2. Программа курса.
3.
История синхротронного излучения (СИ).
4. Феномен излучения электромагнитных волн, причины излучения. Излучение зарядов при
движении с ускорением.
5. Сравнительный анализ свойств излучения для нерелятивиского и релятивиского движения
зарядов.
6. Качественное рассмотрение СИ (угловое и спектральное распределения, поляризация).
Лекция 2. Излучение электромагнитных волн
1. Потенциалы и поля движущейся заряженной частицы, «сжатие» времени, запаздывающие
потенциалы, потенциалы Лиенара-Вихерта.
2. Дифференцирование потенциалов Лиенара-Вихерта. Поле излучения частицы,
движущейся с ускорением, мощность, излученная частицей.
3. Излучение заряда, движущегося по окружности, временные характеристики поля
излучения.
Лекция 3. Спектральные характеристики СИ
1. Фурье- преобразование поля излучения, спектральные характеристики поля излучения в
приближении.
2. Описание поля СИ:поляризация, спектрально- угловое распределение интенсивности
излучения и их интегральные характеристики.
3. Ассимптотическое поведение спектра СИ при низких и высоких частотах.
4. Практические формулы для расчета СИ. Программы для расчетов спектральных потоков
квантов СИ.
2
Лекция 4. Квантовые свойства СИ
1. Приделы применимости классической теории излучения.
2. Поправки к спектру СИ за счет квантовых эффектов и поляризации электронов.
3. Влияние излучения на динамику движения частиц в ускорителях. Затухание и возбуждение
бетатронных и энергетических колебаний за счёт СИ, равновесный фазовый объём пучка
электронов.
4. Поляризация электронов при излучении СИ.
Лекция 5. Излучение пучков заряженных частиц и магнитные структуры
современных накопителей – источников СИ
1. Влияние параметров пучка электронов на характеристики СИ, фазовый объем пучков
электронов (эмиттанс). Яркость источника СИ. Классификация источников СИ по
поколениям, их особенности и характеристики излучения.
2. Магнитные структуры современных накопителей для получения максимальной яркости
источника.
3. Специальные устройства (insertion device) для генерации СИ: «шифтеры» и
многополюсные вигглеры. Свойства СИ из этих устройств. Влияние магнитных полей
сильнополевых вигглеров на движение пучка в накопителе. Затухательные кольца
линейных коллайдеров.
Лекция 6. Излучение из периодических магнитных систем. Вигглеры и
ондуляторы.
1. Излучение релятивистских электронов в магнитных периодических структурах.
Ондуляторный режим излучения.
2. Качественное рассмотрение ондуляторного излучения (ОИ). Угловые и спектральные
характеристики ОИ (случай слабого и сильного поля ондулятора).
3. Спиральные и плоские ондуляторы.. Влияние энергетического и углового разброса в пучке
электронов на угловые и спектральные свойства ондуляторного излучения. Особенности
излучения из ондуляторов конечной длины.
3
Лекция 7. Использование СИ. Взаимодействие рентгеновского излучения
с веществом. Аналитические методики с использование СИ.
1. Каналы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом и особенности этих
взаимодействий.
2. Рассеяние рентгеновских лучей. Томсоновское и комптоновское сечения рассеяния.
Рассеяние связанными электронами, атомный фактор, показатель преломления
рентгеновских лучей.
3. Поглощение рентгеновского излучения, влияние особенностей атомной структуры и
окружения на спектры поглощения.
4. Рентгеновская флуореценция.
Лекция 8. Обзор экспериментальных методов с использованием СИ.
1. Рентгеновская дифракция на пучках СИ. Белковая кристаллография и определение
структуры биологических макро- молекул. Фазовые переходы при сверхвысоких
давлениях, алмазные наковальни. Дифракционное кино, фазовые переходы в
быстропротекающих процессах (детонация, взрыв), образование наноалмазов.
2. Рентгеновская спектроскопия. XAFS-спектроскопия для исследований ближней структуры
окружения атомов в некристаллических материалах. Магнитный дихроизм для изучения
магнитных материалов.
3. Рентгено-флуоресцентный элементный анализ. Микроскопия и микротомография.
4. Технологические применения СИ. LIGA-технология.
Лекция 9. Технические вопросы использования СИ. Устройство
экспериментальных станций.
1. Конструкция каналов вывода СИ и экспериментальных станций.
2. Способы монохроматизации излучения и их использование при проведении
экспериментов на СИ.
3. Детекторные системы регистрации в экспериментах с использование СИ.
4. Экскурсия на экспериментальные станции СИ на накопителе ВЭПП-3.
4
Литература.
1.
Schott G.A. Electromagnetic Radiation, Cambridge, 1912.
2. Арцимович Л.А., Померанчук И.Я. J.Phys. USSR, 1945, 9, 267; "Ж. эксперим. и теор. физ.",
1946, 16, 379.
3.
Иваненко Д.Д., Соколов А.А. "Докл. АН СССР", 1948, 59,1551.
4. Schwinger J.,Phys. Rev., 1949, 75, 1912.
5. Джексон Д. Классическая электродинамика. Перев. с англ. М., "Мир", 1965.
6. Соколов А.А., Тернов И.М. "Докл. АН СССР ", 1963, 153, 1052.
7. Соколов А.А., Тернов И.М. Синхротронное излучение. М., "Наука" 1966.
8.
Соколов А.А., Клепиков Н.Г., Тернов И.М. "Ж. экспер. и теор. физ.", 1952, 23, 632.
9. A.Hofmann, CERN LEP-DI/89-55 Characteristics of synchrotron radiation.
10. Kwan Je Kim, Berkly, Characteristics of synchrotron radiation.
11. Б.М.Болотовский, В.А.Давыдов Заряд,среда,излучение. - М.: Знание, 1989 - (Новое в
жизни, науке, технике. Серия Физика, N 11, ISBN 5-07-000312-7 )