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.