Эффект Смита – Перселла

Эффект Смита – Перселла был предшественником лазера на свободных электронах (ЛСЭ). Его изучал Стив Смит, аспирант под руководством Эдварда Перселла . В своем эксперименте они послали энергетический пучок электронов, очень близко параллельный поверхности линейчатой оптической дифракционной решетки , и таким образом генерировали видимый свет . ^[1] Смит показал незначительное влияние на траекторию индуцирующих электронов. По сути, это форма черенковского излучения, в которой фазовая скоростьсвета изменена периодической решеткой. Однако в отличие от черенковского излучения здесь нет минимальной или пороговой скорости частиц.

Излучение Смита-Перселла особенно привлекательно для приложений, включающих неразрушающую диагностику пучка (например, диагностика длины пучка в ускорителях), и особенно в качестве жизнеспособного источника ТГц излучения , который имеет дальнейшее широкое применение в различных областях с высокой ударной нагрузкой, таких как материалы науки, биотехнологии, безопасность и связь, производство и медицина. Работа на частотах ТГц также позволяет реализовать потенциально большие градиенты ускорения (~ 10 с ГэВ / м ^[2] ). Это в сочетании с разрабатываемыми методами плазменного кильватерного ускорения и технологией линейных ускорителей ( линейных ускорителей ) может проложить путь к компактным (и, следовательно, более дешевым), менее подверженным радиочастотным помехам поколениям.пробой (ограничения по току для поверхностных полей E порядка 10–100 МВ / м ^[3] ), высокоэнергетические линейные ускорители.

Фон [ править ]

Заряженные частицы обычно излучают / генерируют излучение с помощью двух разных механизмов:

Ускорение или изменение направления движения: например, тормозное излучение (например, в рентгеновских трубках ), синхротронное излучение (как в ЛСЭ из-за электронных лучей, проходящих через установки вигглера / ондулятора , или механизм потери энергии пучка в кольцевых коллайдерах ) .
Поляризация: движущийся заряд имеет динамическое кулоновское поле . Для проводящего / поляризуемого материала взаимодействие между этим полем и зарядами в материале / среде может генерировать излучение. Это включает черенковское и переходное излучение , когда частица движется внутри среды, которая генерирует излучение, а также дифракционное излучение ^[4], где (обычно релятивистские) частицы движутся вблизи материала мишени, генерируя, например, оптическое дифракционное излучение ( ODR) ^[5] и излучения Смита-Перселла (SPR).

Преимущество использования особенно поляризационного излучения заключается в отсутствии прямого воздействия на исходный луч; луч, вызывающий излучение, может продолжать свой первоначальный путь без изменений и с индуцированным электромагнитным излучением. Это не похоже на тормозное излучение или синхротронные эффекты, которые фактически изменяют или искривляют входящий луч. Благодаря этой неразрушающей функции, SPR стал интересной перспективой для диагностики пучка, также предлагая возможность использования надежных технологий благодаря теоретически отсутствию контактных или рассеивающих взаимодействий между пучком и мишенью.

Эффект Смита-Перселла.

Отношение дисперсии [ править ]

Когда заряженная частица движется над периодической решеткой (или периодической неоднородностью среды), на поверхности решетки индуцируется ток. Этот индуцированный ток затем испускает излучение на разрывах решетки из-за рассеяния кулоновского поля индуцированных зарядов на границах решетки. Дисперсии для эффекта Смита-Перселла (SPE) задается следующим образом : ^[6]

$\lambda ={\frac {L}{n}}({\frac {1}{\beta }}-cos{\theta })$ ,

где длина волны наблюдается под углом к направлению электронного луча для режима порядкового отражения, - период решетки и - относительная скорость электронов ( ). Это соотношение можно вывести, рассматривая законы сохранения энергии и импульса. $\lambda$ $\theta$ $n^{th}$ $L$ $\beta$ $v/c$

Ссылки [ править ]

^ Смит SJ, Перселл EM (1953-11-15). «Видимый свет от локализованных поверхностных зарядов, движущихся по решетке». Физический обзор . 92 (4): 1069–1069. DOI : 10.1103 / PhysRev.92.1069 . ISSN 0031-899X .
^ Нанни Е.А., Хуанг В.Р., Хонг К.Х., Рави К., Фаллахи А., Мориена Г. и др. (Октябрь 2015 г.). «Линейное ускорение электронов в терагерцовом диапазоне» . Nature Communications . 6 (1): 8486. DOI : 10.1038 / ncomms9486 . PMC 4600735 . PMID 26439410 .
^ "Спектрометры для исследований пробоя RF для CLIC" . Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование . 828 : 63–71. 2016-08-21. DOI : 10.1016 / j.nima.2016.05.031 . ISSN 0168-9002 .
^ "ResearchGate" . ResearchGate . DOI : 10.1134 / s1063776108110058 . Источник 2021-01-28 .
^ Фиорито, РБ; Шкварунец, АГ; Watanabe, T .; Якименко, В .; Снайдер, Д. (24 мая 2006 г.). «Интерференция дифракционного и переходного излучения и ее применение для диагностики расходимости пучка» . Специальные темы физического обзора - ускорители и пучки . 9 (5): 052802. DOI : 10,1103 / PhysRevSTAB.9.052802 . ISSN 1098-4402 .
^ Эндрюс HL, Бульвар СН, Брау СА, Джарвис JD (2005-05-20). «Дисперсия и затухание в лазере на свободных электронах Смита-Перселла» . Специальные темы физического обзора - ускорители и пучки . 8 (5): 050703. DOI : 10,1103 / PhysRevSTAB.8.050703 . ISSN 1098-4402 .

Эта статья о физике незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[1] Смит SJ, Перселл EM (1953-11-15). «Видимый свет от локализованных поверхностных зарядов, движущихся по решетке». Физический обзор . 92 (4): 1069–1069. DOI : 10.1103 / PhysRev.92.1069 . ISSN 0031-899X .

[2] Нанни Е.А., Хуанг В.Р., Хонг К.Х., Рави К., Фаллахи А., Мориена Г. и др. (Октябрь 2015 г.). «Линейное ускорение электронов в терагерцовом диапазоне» . Nature Communications . 6 (1): 8486. DOI : 10.1038 / ncomms9486 . PMC 4600735 . PMID 26439410 .

[3] "Спектрометры для исследований пробоя RF для CLIC" . Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование . 828 : 63–71. 2016-08-21. DOI : 10.1016 / j.nima.2016.05.031 . ISSN 0168-9002 .

[4] "ResearchGate" . ResearchGate . DOI : 10.1134 / s1063776108110058 . Источник 2021-01-28 .

[5] Фиорито, РБ; Шкварунец, АГ; Watanabe, T .; Якименко, В .; Снайдер, Д. (24 мая 2006 г.). «Интерференция дифракционного и переходного излучения и ее применение для диагностики расходимости пучка» . Специальные темы физического обзора - ускорители и пучки . 9 (5): 052802. DOI : 10,1103 / PhysRevSTAB.9.052802 . ISSN 1098-4402 .

[6] Эндрюс HL, Бульвар СН, Брау СА, Джарвис JD (2005-05-20). «Дисперсия и затухание в лазере на свободных электронах Смита-Перселла» . Специальные темы физического обзора - ускорители и пучки . 8 (5): 050703. DOI : 10,1103 / PhysRevSTAB.8.050703 . ISSN 1098-4402 .

[1]