Принцип создания мощного лазера на свободных электронах

Принцип создания мощного лазера на свободных электронах

ПРИНЦИП СОЗДАНИЯ МОЩНОГО ЛАЗЕРА НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ.

Показана возможность создания лазера на свободных электронах,

перестраиваемого вплоть до диапазона гамма-лучей.

В настоящее время интенсивно развивается релятивистская электроника. Значительное место в ней занимают устройства, которые называются лазерами на свободных электронах (ЛСЭ). Их принцип основан на том, что движущаяся заряженная частица (ДЗЧ) приводится в колебательное движение поперек направления своего движения. При этом возникает излучение в малом телесном угле вперед по направлению движения ДЗЧ. Это излучение зависит от продольной скорости ДЗЧ, и шага ондулятора (см. ниже). Оно может быть когерентным, что и дало название ЛСЭ.

Для того, чтобы частица имела поперечные колебания, применяется система называемая ондулятором. По принципу воздействия на ДЗЧ ондуляторы делятся на электрические и магнитные. Здесь рассматривается магнитная система Рис. 1.

Недостатком существующих ондуляторов является то, что для создания необходимого магнитного поля (МП) используются постоянные электромагниты с сердечником. Это конструктивно ограничивает шаг ондулятора - Lонд ( период изменения МП в системе).

Рис. 1 Рис. 2

Для создания интенсивного пучка ДЗЧ и увеличения выходной мощности ЛСЭ, применена многоканальная схема со сложением отдельных пучков (Рис. 2)

Источником ДЗЧ могут быть электронные и ионные пушки, радиоактивные источники высокой интенсивности (Pu, Co, Sr …), космические лучи и потоки ДЗЧ от Солнца. Вполне возможно применение ТРЕГа в качестве источника ДЗЧ – тогда это будет протонный или альфа-лазер.

На Рис.2 показаны: 1 - первичные пучки ДЗЧ; 2 - рассеивающая магнитная линза; 3 - суммарный пучок ДЗЧ; 4 - ондулятор; 5 - выходное излучение.

Особенностями данной схемы являются: 1) применение для сборки пучков универсальной магнитной линзы в рассеивающем режиме - это позволяет минимизировать апертуру суммарного пучка ДЗЧ; 2) применение магнитного ондулятора со сверхмалым, регулируемым периодом, что позволяет значительно повысить частоту выходного излучения. При увеличении энергии излучаемого кванта до 80MeV, становится возможной фотоядерная реакция: 83Bi209+80MeV® 79Au197+22He4+4nO. Появляется возможность фотоядерного разложения радиоактивных отходов, обычных и боевых ядерных материалов.

На Рис.3 показаны: 1) секционированная тороидальная катушка с током I (для секций могут быть использованы обмотки электродвигателей различного типа, мощности и назначения); 2) тороидальное плазменное образование с ДЗЧ (сильно увеличено); 3) МП, исполняющее роль ондулятора; 4) выходное излучение. Пунктиром показаны дополнительные управляющие слаботочные обмотки.

Они используются для создания слабого МП, которое однонаправлено с основным МП и вращается путем последовательного цикличного переключения обмоток. Это МП – для динамического выравнивания возможных технологических неоднородностей основного МП.