Ievietošanas ierīce: sinhrotrona magnēti — undulatori un vīgleri
Ievietošanas ierīce: uzzini par sinhrotrona magnētiem — undulatoriem un vīgleriem, to darbību, starojuma īpašībām un pielietojumiem sinhronās gaismas avotos.
Fizikā ievietošanas ierīce ir magnētu grupa, ko var novietot uz elementārdaļiņu paātrinātāja taisnā segmentā, lai tā būtu sinhrotroniskās gaismas avots. Tās sauc par "ievietošanas ierīcēm", jo tās aizvieto cauruli, kas citādi turētu vakuumu, kurš nepieciešams, lai uzturētu daļiņu staru kūļa ceļu. Bieži vien ievietošanas ierīces izmanto sinhrotrona apļveida ceļā vai uzglabāšanas gredzenā.
Ir divu veidu ievietošanas ierīces. Ievietotāji rada elektromagnētisko starojumu, kas ir noregulēts šaurā frekvenču diapazonā. Vīgleri rada plašu elektromagnētiskā starojuma frekvenču diapazonu.
Kā darbojas ievietošanas ierīces
Izmantojot periodisku magnētu vai elektromagnētisku struktūru, ievietošanas ierīce liek ātri kustošajām daļiņām (parasti elektroniem) svārstīties perpendikulāri to galvenajam ātrumam. Šo svārstību rezultātā elektroni izstaro sinhrotronisko starojumu. Galvenie parametri, kas nosaka starojuma īpašības, ir ierīces perioda garums (λu), magnētiskā lauka stiprums (B) un tā dēvētais defleksijas parametrs K, ko var izteikt izmantojot formulu K ≈ 0.934·B[T]·λu[cm]. Ja K ir mazāks par apmēram 1, ierīce uzvedas kā undulators (ievietotājs) — radot šauras, koherentākas spektra harmonikas; ja K ≫ 1, tā uzvedas kā vīgleris, radot plašāku un intensīvāku spektru.
Atšķirības starp undulatoriem un vīgleriem
- Spektrs: undulatori rada šauras spektra līnijas (harmonikas) ar augstu koherenci un lielu spožumu noteiktos frekvenču diapazonos; vīgleri dod plašu, gandrīz kontinuālu spektru.
- Spožums un plūsma: vīgleri parasti nodrošina lielāku kopējo fotonu plūsmu (flux), turpretī undulatori spēj sasniegt lielāku spilgtumu (brilliance) noteiktās enerģijās.
- Polarizācija: undulatorus var būvēt plakanais vai ar helical konfigurāciju, lai iegūtu lineāru vai cirkulāru polarizāciju; vīgleri parasti nodrošina mazāk specifisku polarizāciju.
- Regulējamība: moderni undulatori bieži ir ar maināmu starpplecu (variable gap), ļaujot regulēt izstarotās fotonu enerģijas diapazonu bez būtiskas magnētu pārbūves.
Veidi un tehnoloģijas
- Pastāvīgo magnētu (Halbach) undulatori: plaši lietoti, kompaktā konstrukcija un liels magnetiskais lauks bez nepieciešamības elektrībai.
- Elektromagnētiskie undulatori: ļauj ātru vadību un pielāgošanu darbības laikā, taču prasa dzesēšanu un lielāku enerģijas patēriņu.
- Supervadošie undulatori: izmanto supra vadošos spolus, lai sasniegtu spēcīgākus laukus un īsākas periodas, tā palielinot fotonu enerģijas robežas (īpaši vērtīgi daudzās sinhrontroniskajās sistēmās nākamās paaudzes avotos).
- Hēliskie undulatori: nodrošina cirkulāru polarizāciju, kas ir nozīmīga magnētiskās strukturēšanas pētījumos un cirkulāro dicroismu izmēros.
Praktiska lietošana un nozīme
Ievietošanas ierīces ir centrālas modernajās sinhrontroniskajās laboratorijās, jo tās ļauj iegūt intensīvus un labi pielāgojamus rentgena un citu viļņu garumu starus. Tās izmanto:
- strukturālo bioloģiju (proteīnu kristalogrāfija),
- materialzinātni (rentgena difrakcija, neatbilstību analīze),
- ķīmijas un ķīmiskās reakciju izpēti (spektroskopija),
- attēlveidošanu un tomogrāfiju materiālu analīzei.
Tehniskie un darbības izaicinājumi
Ievietojot magnētu kompleksu taisnā paātrinātāja segmentā, jānodrošina ļoti precīza magnetiskā lauka uzbūve un savienošana ar vakuuma ceļu. Ievietošanas ierīces ietekmē daļiņu stara dinamiku — tās var mainīt stara emmitanci, momentāno ceļu un pieprasa korekcijas (orbitas korekcijas, fokusu) un rūpīgu magnetisko mērījumu kalibrāciju. Papildus nepieciešama efektīva dzesēšana, vakuuma uzturēšana un bieži arī mehāniska precīza atvēruma (gap) regulēšana.
Apkopojot — ievietošanas ierīces (undulatori un vīgleri) dod iespēju ražot augstas kvalitātes sinhrontronisko starojumu ar kontrolējamu spektru, polarizāciju un spožumu, un tās ir galvenais rīks mūsdienu rentgena un blakusnozaru pētījumos.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir ievietošanas ierīce?
A: Ievietošanas ierīce ir magnētu grupa, ko var novietot uz elementārdaļiņu paātrinātāja taisnā segmentā, lai tā kļūtu par sinhrotrona gaismas avotu.
J: Kāpēc tās sauc par ievietošanas ierīcēm?
A: Tās sauc par ievietošanas ierīcēm, jo tās aizstāj cauruli, kas citādi nodrošinātu vakuumu, kurš nepieciešams, lai uzturētu daļiņu staru kūļa ceļu.
J: Kur izmanto ievietošanas ierīces?
A. Ievietošanas ierīces daudzkārt izmanto sinhrotrona apļveida ceļā vai uzglabāšanas gredzenā.
J: Cik ir ievietošanas ierīču veidu?
A.: Ir divu veidu ievietošanas ierīces.
J: Kas ir undulatori?
A: Undulatori rada elektromagnētisko starojumu, kas ir noregulēts šaurā frekvenču diapazonā.
J: Kas ir viļņotāji?
A: Viglleri rada plašu elektromagnētiskā starojuma frekvenču diapazonu.
J: Kāds ir ievietošanas ierīču mērķis?
A: Ievietošanas ierīces mērķis ir būt par sinhrotrona gaismas avotu.
Meklēt