Экспериментальные исследования по созданию специальных ондуляторов для лазеров на свободных электронах и лазерных ускорителей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Российский научный центр «Курчатовский институт»

На правах рукописи УДК 539.1

ТОЛМАЧЕВ Сергей Валерьевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОЗДАНИЮ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОНДУЛЯТОРОВ ДЛЯ ЛАЗЕРОВ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ И ЛАЗЕРНЫХ УСКОРИТЕЛЕЙ

01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 2004

Работа выполнена в Российском научном центре "Курчатовский Институт",

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

ВАРФОЛОМЕЕВ доктор физико-математических наук, профессор,

Александр Алексеевич РНЦ «Курчатовский институт»

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

САДИКОВ доктор физико-математических наук, профессор,

Игорь Петрович РНЦ «Курчатовский институт»

ПАПАДИЧЕВ кандидат физико-математических наук,

Виталий Аркадьевич Физический институт им. Лебедева, РАН

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Институт физических проблем им. П.А. Капицы, РАН

Защита состоится "_"_2004 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д 520.009.01 при Российском Научном Центре «Курчатовский институт».

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке РНЦ «Курчатовский институт».

Автореферат разослан "_"_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А. В. Мерзляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. После создания в 1976 году группой Дж. Мэйди (Стэнфорд, США) первого лазера на свободных электронах (ЛСЭ) в ведущих научных центрах мира интенсивно развиваются исследования в этой области. Сильная зависимость длины волны ондуляторного излучения Л, ~л„/2хг от энергии электронов г и длины периода ондулятора Л„ делает возможным создание ЛСЭ, работающих в широком, практически неограниченном диапазоне длин волн (от миллиметрового до рентгеновского). Использование в установках мощных электронных пучков позволяет получить высокую среднюю мощность когерентного излучения (до 103 Вт).

Характеристики излучения сильно зависят от параметров используемого ондулятора. Ширина спектра спонтанного ондуляторного излучения определяется числом периодов ондулятора N. На самом деле, ширина спектра оказывается несколько больше из-за влияния неоднородностей амплитуд магнитных полей и разброса относительно среднего длины периода (для

однородного ондулятора) ЗЛ,1А>~5Х„1Х„. Поэтому точность изготовления отдельных деталей ондулятора, его сборки и настройки магнитных полей является важной практической задачей.

В последние годы стало интенсивно развиваться направление по созданию безрезонаторных (однопроходных) рентгеновских лазеров, которые по своим характеристикам (яркость, пиковая мощность) на порядки лучше современных источников синхротронного излучения. Установки подобного типа требуют создания ондуляторов длиной несколько сот метров с высокими требованиями на

периодичность с большой амплитудой и малым разбросом магнитного

поля. Поэтом)' остро встала проблема поиска новых ондуляторных схем, которые позволят получить высокие амплитуды магнитных полей, а также обеспечат фокусировку электронного пучка в обеих поперечных плоскостях на всей длине магнитной системы.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА I

В последние годы активно ведется поиск новых схем ускорителей с высоким темпом ускорения. Одна из наиболее перспективных схем - вакуумный лазерный ускоритель типа Обращенного ЛСЭ (ОЛСЭ), который позволяет получить как высокий темп ускорения, так и большой процент захваченных в ускорительный процесс электронов. ОЛСЭ основан на взаимодействии электронного и мощного лазерного пучков в специальном ондуляторе. Поэтому стала актуальной тема разработки особого класса ондуляторов с сильным профилированием, как амплитуды магнитного поля, так и его периода.

Цель и задачи исследования. Экспериментально исследовать специальные

магнитные ондуляторы для лазеров/мазеров на свободных электронах и обращенных лазеров на свободных электронах.

Научная новизна. Все изготовленные ондуляторы являются оригинальными, отличаются от других по своей конструкции и свойствам. Каждый из них был рассчитан под конкретный проект. В целом они характеризуются короткими периодами, большими амплитудами магнитных полей (превышающими так называемый предел Хальбаха), имеют встроенную систему фокусировки электронного пучка и высокую точность настройки магнитных полей. В ходе проведенных с их использованием экспериментов были получены интересные результаты:

1. Впервые было генерировано мощное (120 кВт) мм-излучение с частотой, изменяемой в широких пределах (130 - 260 ГГц) в течение длительности импульса излучения (в отличие от гиротронов) в установке мазера на свободных электронах (МСЭ). Это свойство МСЭ очень существенно для повышения эффективности нагрева плазмы в токомаках за счет подстройки частоты излучения под частоту циклотронного резонанса.

2. Впервые на момент публикации было достигнуто шестикратное усиление спонтанного излучения в установке безрезонаторного (однопроходного) ЛСЭ, стартующего от шумового сигнала.

3. Впервые был достигнут режим насыщения в схеме безрезонаторного ЛСЭ и получена рекордная (на то время) величина однопроходного усиления ЛСЭ (3-Ю5) па длине волны 12 мкм в режиме запуска от шумового сигнала. Таким образом, была показана возможность осуществления режима SASE и создания коротковолновых (вплоть до мягкого рентгена) ЛСЭ.

4. Получен рекордный темп (70 МэВ/м) и полная величина ускорения (20 МэВ) в лазерном ускорителе по принципу Обращенного ЛСЭ. Эти значения превосходят в несколько раз результаты, полученные в экспериментах по лазерному ускорению в вакууме в других лабораториях.

Основные результаты работы, выносимые на защиту.

• В ходе работы были усовершенствованы два часто используемых для настройки ондуляторов метода измерения периодических магнитных полей для повышения точности измерений, сокращения времени на настройку ондуляторов путем внедрения автоматизации процесса измерений и обработки результатов, расширения области применения. Для прецизионной (0.1 Гаусса) настройки амплитуд магнитных полей создан стенд на основе датчика Холла, управляемый от компьютера. Для быстрого контроля интегральных характеристик ондуляторов собрана установка для измерения магнитных полей импульсным проволочным методом, который был адаптирован для измерения полей протяженных ондуляторов (> 1 м) и для проверки фокусирующих свойств ондуляторов.

• Даны рекомендации по экспериментальной методике настройки полей периодических магнитных структур, обеспечивающие наибольшую точность настройки.

• Собран и настроен двухсекционный ступенчато-профилированный гибридный ондулятор KIAE-4, предназначенный для мощного мазера на свободных электронах. С помощью индивидуальной настройки магнитного поля каждого полюса была получена высокая степень однородности амплитуд магнитных полей

0.2%). В ходе проведенного с его использованием эксперимента FOM-Fusion-FEM генерировалось мм-излучение мощностью 120 кВт в 40 мкс импульсах. Частоту

излучения можно было изменять от 130 до 260 ГГц в течение длительности импульса. Это свойство очень существенно для повышения эффективности нагрева плазмы в токомаках за счет подстройки частоты излучения под частоту циклотронного резонанса.

• Настроен короткопериодный гибридный ондулятор KIAE-1.5-1. В ходе проведенного с его использованием эксперимента на установке SATURNUS в безрезонаторном (однопроходном) ЛСЭ наблюдалось шестикратное усиление спонтанного излучения, что явилось первым убедительным доказательством возможности осуществления режима SASE.

• Для второго этапа эксперимента по SASE режиму ЛСЭ разработан, изготовлен и настроен 2 м безжелезный ондулятор на постоянных редкоземельных магнитах. В ходе эксперимента была получена рекордная (на то время) величина однопроходного усиления ЛСЭ (Зх 105) на длине волны 12 мкм в режиме запуска от шумового сигнала. Анализ результатов этих двух экспериментов по изучению теории однопроходного ЛСЭ (режим SASE) показал возможность создания будущих коротковолновых (вплоть до мягкого рентгена) ЛСЭ.

• Разработан, сконструирован и настроен сильно профилированный ондулятор К1АЕ-2р длиной 50 см для эксперимента по осуществлению лазерного ускорения в системе обращенного лазера на свободных электронах. Ондулятор спроектирован на ускорение 14 МэВ электронного пучка лазерным пучком СО2 лазера мощностью до 1 ТВт. Впервые должен быть обеспечен захват электронов в ускоряемый сгусток до 30%. После регулировки отклонения магнитных полей ондулятора от требуемых проектом составили не более ±0.4%. В ходе первых сеансов эксперимента часть электронного пучка была ускорена до 32 МэВ в одной секции ондулятора.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на следующих международных конференциях: 15th International Free Electron Laser Conference (Гаага, Нидерланды, 23-27 августа 1993), Международной конференции по синхротронному излучению (Новосибирск, 1994), 16th International Free Electron Laser Conference (Стэнфорд, США, 27-29 августа 1994), 17th International Free

Electron Laser Conference (Нью-Йорк, США, 23-27 августа 1995), 2-ом Азиатском симпозиуме по лазерам на свободных электронах (Новосибирск, Россия, 13-16 июня

1995), 18th International Free Electron Laser Conference (Рим, Италия, 26-31 августа

1996), 1997 Particle Accelerator Conference (Ванкувер, Канада, 12-16 мая 1997), 19th International Free Electron Laser Conference (Пекин, Китай, 18-21 августа 1997), 4-ом Азиатском симпозиуме по лазерам на свободных электронах (Тайджон, Корея, 810 июня 1999), 19th Advanced ICFA Beam Dynamics Workshop (Арчидосо, Италия, 10-15 сентября 2000), 2001 Particle Accelerator Conference (Чикаго, США, 18-22 июня 2001), 23rd International Free Electron Laser Conference (Дармштад, Германия, 20-24 августа 2001), 2003 Particle Accelerator Conference (Портланд, США, 12-16 мая 2003), 11th Advanced Accelerator Concepts Workshop (Стони Брук, США, 21-26 июня 2004), 26th International Free Electron Laser Conference (Триест, Италия, 28 августа - 3 сентября 2004), XIX Российской ускорительной конференции RuPAC2004 (Дубна, Россия, 4-8 октября 2004). Сконструированные ондуляторы использовались в совместных международных проектах: FOM-Fusion-FEM в голландском институте физики плазмы; в экспериментах по изучению безрезонаторных ЛСЭ и лазерного ускорителя в Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе.

Публикации. Результаты работы опубликованы в материалах указанных выше конференций, журналах Nuclear Instruments and Methods, Physical Review и Physical Review Letters, а также препринтах РНЦ «Курчатовский институт».

Объем и структура диссертации. Представленная работа состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 199 страницах, включая 97 рисунков и библиографию из 128 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении дается обзор физики ЛСЭ и экспериментальных исследований ЛСЭ. Показано преимущество излучения ЛСЭ над излучением молекулярных и твердотельных лазеров, а также его зависимость от основных параметров ондулятора. Отмечена тенденция к заполнению спектра частот, где отсутствуют классические лазеры. Причем особенно интенсивно в последние годы развивается направление коротковолновых вакуум ультрафиолетовых и рентгеновских лазеров.

1. Типы ондуляторов и технологии их изготовления

В начале первой главы дается обзор типов ондуляторов и технологий их изготовления. По форме создаваемого магнитного поля ондуляторы делятся на плоские и спиральные. По изменению основных параметров магнитной системы вдоль направления распространения электронного пучка ондуляторы подразделяются на однородные и профилированные. По способу создания магнитного поля ондуляторы делятся на электромагнитные (в том числе сверхпроводящие) и на постоянных редкоземельных магнитах, которые, в свою очередь, подразделяются на безжелезные и гибридные. Показано, что наибольший интерес и широкое распространение в последние годы, как с точки зрения максимально достижимой амплитуды магнитных полей, так простоты и компактности конструкции, представляют ондуляторы на постоянных редкоземельных магнитах и, в особенности, плоские гибридные ондуляторы с полюсами из ванадиевого пермендюра.

2. Развитие технологии ондуляторов

Вторая глава посвящена усовершенствованию ондуляторных технологий. В частности, увеличению амплитуды магнитного поля в ондуляторах с малой длиной периода, а также разработке ондуляторных схем, обеспечивающих встроенную фокусировку электронного пучка. Значение амплитуды магнитного поля, которое

можно получить при проектировании безжелезных и гибридных ондуляторов в стандартных схемах называют пределом Хальбаха. На Рис. 1 показана величина этого предела для обоих случаев как функция отношения зазора к периоду ондулятора (при использовании одинаковых магнитов с остаточной намагниченностью

О — 11 | М | III ||п II 11 П 111 П IIIII || IIIII М I ¡1 I 1111 ш|| И 1И1111III111111 —

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Отношение зазора к периоду ондулятора

Рис. 1. Предел Хальбаха для различных отношений зазора ондулятора к его периоду для безжелезного и гибридного ондуляторов.

Подробно описаны три схемы ондуляторов, которые были разработаны с участием автора с т.н. встроенной фокусировкой и применены в реальных конструкциях. Эти ондуляторы, в отличие от стандартных, фокусируют электронный пучок не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной. Это свойство упрощает проблему фокусировки электронных пучков в ЛСЭ, особенно в гибридных ондуляторах, при генерации электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн, когда используются заметно расходящиеся электронные пучки низкой энергии, а также при генерации коротковолнового излучения в однопроходных схемах ЛСЭ, где требуется поддержание высокой эффективности взаимодействия электронного пучка и электромагнитной волны на сравнительно больших продольных расстояниях.

3. Усовершенствование методов измерения магнитных полей

Третья глава посвящена методам измерения магнитных полей, которые использовались при настройке ондуляторов. Как известно, существует несколько методов, позволяющих получить подробную картину поля внутри магнитного элемента (приборы, основанные на ядерном магнитном резонансе, преобразователи Холла, измерительные катушки, вибрирующие проволоки и т.д.). и методы для определения интегральных характеристик магнитных элементов (протяженные интегрирующие катушки и продольные проволоки, импульсный проволочный метод). Показано, что для настройки магнитных ондуляторов целесообразно использовать два метода: для прецизионных измерений, необходимых для настройки амплитуд магнитных полей, лучше всего использовать датчики Холла; а для окончательной интегральной регулировки полей, которая позволяет настроить траекторию электрона внутри ондулятора, лучше использовать импульсный проволочный метод.

Метод с использованием преобразователя Холла является одним из наиболее точных и надежных методов. Измерения поля делаются шаг за шагом с остановками каретки с датчиком в точках измерений и требуют продолжительного времени. Проволочный метод измерения магнитных полей менее точен, но имеет свои преимущества. Во-первых, он значительно быстрее. Во-вторых, он более компактный и может быть использован для измерения магнитных полей в узких зазорах внутри всего ондулятора. В-третьих, он дает прямую информацию о первом и втором интегралах магнитного поля, исключая ошибки численного интегрирования. Принцип метода заключается в следующем: по тонкой проволоке натянутой вдоль оси ондулятора пропускается импульс тока (см. Рис. 2). Под действием локальных поперечных сил Лоренца образуется область возмущения, которая распространяется в обе стороны с акустической скоростью ~300м/с. Оптический датчик, расположенный вблизи начала ондулятора, измеряет отклонение проволоки, которое пропорционально первому или второму интегралу магнитного поля в зависимости от длительности импульса тока.

Рис. 2. Схема установки для измерения магнитных полей ондулятора проволочным методом: 1 - неподвижная опора; 2 - проволока; 3 - ондулятор; 4 - датчик положения нити; 5 - подвижная опора; б - груз; 7 - демпферы.

Оба эти метода были существенно доработаны в процессе работы над диссертацией. Была достигнута высокая (0.1 Гаусс) точность измерения магнитных полей в стенде на основе датчика Холла. Импульсный проволочный метод был модернизирован для измерения полей протяженных (>1 м) ондуляторов и проверки их фокусирующих свойств. Проведено сравнение точности измерений обоими методами. Даны рекомендации по выбору метода измерения магнитных полей в зависимости от поставленной задачи и типа ондулятора, а также по последовательности настройки магнитных ондуляторов.

4. Применение модернизированных методов измерения магнитных полей для настройки реальных конструкций ондуляторов

В четвертой главе демонстрируется использование усовершенствованных холловского и проволочного методов измерения магнитных полей для настройки реальных конструкций ондуляторов, а также приведены результаты физических экспериментов с их использованием.

Для прототипа мазера с перестраиваемой частотой мегаваттной мощности с высоким КПД для голландского ФОМ Института физики плазмы был спроектирован, собран и настроен двухсекционный ступенчато профилированный ондулятор гибридного типа. Специфические требования проекта не позволяли использовать ондулятор стандартной схемы. Особо серьезное требование - это

сильное, превосходящее предел Хальбаха, магнитное поле при относительно большом отношении ондуляторного зазора к периоду ондулятора (0.65 и 0.73 для первой и второй секции соответственно). Кроме того, накладывались высокие требования на фокусировку мощного электронного пучка в диапазоне энергий от 1.75 до 2.0 МэВ. Потери электронного пучка при токе 12 А не должны были превосходить 0.2%. Эти требования были выполнены. Фотография собранного ондулятора и его разрез показаны на Рис. 3. Основные параметры изготовленного ондулятора приведены в Табл. 1.

Рнс. 3. Ондулятор К1АЕ-4: а) фотография собранного ондулятора; б) поперечное сечение ондулятора: 1 — верхний пенал, 1 — нижний пенал, 3 — полюс, 4 - основной вп^Со» магнит, 5 - боковой пенал, 6 - боковой 8шСо5 магнит, 7- подвижный полюс, 8 — регулировочные винты, 9 - общая шунтирующая пластина, 10 - микровинт.

Табл. 1. Основные параметры ондулятора KIAE-4.

Параметр 1 секция 2 секция

Период ондулятора, мм 40.00 40.00

Межполюсной зазор, мм 26.10 29.00

Амплитуда магнитного поля, кГаусс 2.025 1.601

Число полных периодов 20 14

Полная длина ондулятора (без учета межсекционного зазора), м 1.58

Межсекционный зазор, мм 40-80

Размер основных магнитов, мм3 80х40х 13

Размер боковых магнитов, мм3 30х20х 10

Размер полюсов, мм3 60 х 25 х 7

'150 -II jll Mill 1|111ШМ|11Ш111|111М111|1П11111|М11Ш1|1Ш III 1|П1М1М|Ш Mill

О 200 400 600 800 10001200140016001800

Z, mm

Рис. 4. Магнитное поле, измеренное датчиком Холла, на оси ондулятора KIAE-4 (а), его первый (б) и второй (в) интегралы, полученные численным интегрированием.

На Рис. 4 показаны результаты измерений магнитных полей ондулятора KIAE-4 датчиком Холла. С помощью индивидуальной настройки магнитного поля каждого полюса была получена очень высокая степень однородности - разброс амплитуд магнитных полей АВ^/В^ не превышал 0.2%. Вклад высоких гармоник в форму поля был меньше чем 0.25% для третьей гармоники и меньше чем 0.1% для пятой гармоники. Относительный разброс амплитуд второго интеграла поля от среднего не превышает 10%.

В ходе проведенного эксперимента FOM-Fusion-FEM генерировалось мм-излучение мощностью 120 кВт в 40 мкс импульсах. В целом эксперимент показал, что заложенные в проект мазера принципы осуществимы и данный способ позволит получить мощное мм-излучение с большим к.п.д. за счет рекуперации и с перестраиваемой частотой в течение длительности импульса излучения. Это свойство существенно отличает мазер на свободных электронах от генераторов типа

гиротронов. Это очень существенно для повышения эффективности нагрева плазмы в токомаках за счет подстройки частоты излучения под частоту циклотронного резонанса в процессе импульса излучения.

Для совместного с Университетом Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) проекта инфракрасного ЛСЭ с большим усилением SATURNUS (Табл.2) был сконструирован и настроен короткопериодный гибридный ондулятор. Этот

Табл. 2. Основные параметры установки SATURNUS.

Параметр Значение

Электронный пучок

Номинальная энергия, МэВ 13

Среднеквадратичный разброс энергии, % 0.08-0.14

Импульсный ток, А 38-83

Частота клистрона, ГГц 2.865

Частота следования импульсов, Гц 5

Длительность импульса, пс 2-3

Заряд в сгустке, нКл 0.2 - 0.6

Нормализованный эмиттанс, мм-мрад 8-10

Ондулятор

Период, см 1.5

Количество периодов 40

Зазор между полюсами, мм 5

Амплитуда магнитного поля, кГс 7.35

Параметр ондулятора К 1.03

Выходное излучение ЛСЭ

Длина волны, мкм 16

Длина усиления, см 16

эксперимент проводился для проверки возможности создания безрезонаторных (однопроходных) ЛСЭ, работающих в режиме самоусиления спонтанного излучения (8А8Е). Перед установкой ондулятора на электронный канал ускорителя автором была выполнена тонкая регулировка магнитных полей по второму интегралу поля с помощью проволочного метода. Результаты настройки приведены на Рис. 5.

Рис. 5. Первый (а) и второй (б) интегралы магнитного поля ондулятора К1АЕ-1.5.-1 после тонкой регулировки проволочным методом.

В ходе проведенного эксперимента наблюдалось явное усиление спонтанного излучения, и было получено увеличение интенсивности первой гармоники излучения на 600% относительно интенсивности спонтанного излучения и длина усиления 16 см. Эти результаты послужили экспериментальным подтверждение 8А8Е теории для оптических длин волн и стали первым этапом на пути создания коротковолновых (вплоть до мягкого рентгена) ЛСЭ (крупные проекты рентгеновских ЛСЭ осуществляются в настоящее время в ряде стран Европы, США, Японии).

5. 2 метровый КТАЕ-иСЬА ондулятор и осуществление режима 8А8Е в безрезонаторном ЛСЭ

В описанном в предыдущей главе эксперименте по проверке режима 8А8Е в ондуляторе К1АЕ-1.5-1 длинной 60 см не было возможности достичь насыщения. Поэтому было принято решение продолжить этот эксперимент и сконструировать 2 м безжелезный ондулятор, чтобы приблизиться к режиму насыщения. Этому КТАЕ-УСЬА ондулятору (см. Рис. 6а) посвящена пятая глава диссертации.

53234853485348482348

Табл. 3. Основные параметры KIAE-UCLA 2m ондулятора.

Параметр

Число периодов N 98

Длина периода Ху,, см 2.06

Магнитный зазор к, мм 5

Амплитуда магнитного поля, кГаусс 5.4

Параметр ондулятора К 1.05

Полная длина ондулятора, м 2

Градиент фокусирующего поля, Гаусс/мм 15

Длина волны бетаколебаний, м 1.2

Рис. 6. KIAE-UCLA 2m ондулятор: а) фотография нижней половины ондулятора; б) поперечное сечение ондулятора: 1 - фокусирующие магниты; 2 - основные магниты; 3 -боковина; 4 - специальные направляющие; 5 - крышки; 6 -держатели фокусирующих магнитов; 7 - диагностическое окно. В верхнем правом углу показана схема расположения фокусирующих магнитов, стрелками показано направление намагниченности магнитов.

В ондуляторе использованы только постоянные редкоземельные магниты, включая его фокусирующую систему (см. Рис. 6б). Основные параметры ондулятора приведены в Табл. 3. Для проводки электронного пучка через достаточно длинный 2-х метровый ондулятор, необходимо было обеспечить равную фокусировку в двух поперечных плоскостях. Была предложена новая компактная схема квадрупольной фокусировки с использованием четырех линеек внешних постоянных магнитов, которые закреплялись на верхней и нижней крышках ондулятора. Создаваемый ими градиент поля обеспечивает фокусировку электронного пучка внутри ондулятора в плоскости колебаний, а в вертикальной плоскости, фокусировка осуществляется за

счет уменьшенной естественной фокусировки.

16

После полной сборки ондулятора его магнитные поля проверялись с помощью проволочного метода. По измерениям второго интеграла магнитного поля, производились небольшие коррекции магнитного поля ондулятора. На Рис. 7 показан окончательный результат настройки ондулятора в виде второго интеграла магнитного поля, измеренного проволочным методом. С помощью проволочного метода была также выполнена проверка фокусирующих свойств ондулятора.

~ I И I I I I I I | I I I I I I I I 1 | I I I П I I П | I I I I ! И I I | I I I I I I I I I ~

0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

7 м

Рис. 7. Второй интеграл магнитного поля настроенного KIAE-UCLA 2 м ондулятора.

Эксперимент по генерации излучения ЛСЭ был выполнен на ускорителе Лос-Аламоской национальной лаборатории. Основные параметры установки даны в Табл. 4.

Табл. 4. Параметры электронного пучка и основные характеристики ЛСЭ

Параметр |

Электронный пучок

Номинальная энергия, МэВ 18

Некоррелированный разброс энергии при 2 нКл, % 0.25

Поперечный размер пучка, мкм 115-145

Заряд в микроимпульсе, нКп 0.3-2.2

Длина импульса, пс 3-5.5

Импульсный ток, А 40-170

Выходное излучение ЛСЭ

Длина волны излучения, мкм 12

Длина усиления при заряде 2.2 нКл, см 25

Рис. 8. Измеренная средняя выходная энергия излучения ЛСЭ и расчетные данные, полученные с помощью кода GINGER, для различных импульсных токов.

На Рис. 8 показана экспериментальная зависимость интенсивности излучения ЛСЭ от заряда в электронном сгустке, которая сравнивается с ожидаемой по теории SASE и вычисленной численно по программе GINGER. Видно, что результаты численного расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными в пределах погрешности измерений. Значение интенсивности при токе 167 А соответствует длине усиления излучения 12.5 см и полному усилению на длине ондулятора 3x105. Таким образом, в результате проведенного эксперимента была получена максимальная (на то время) величина однопроходного усиления лазера на свободных электронах (3х 105) на длине волны 12 мкм в ЛСЭ, стартующем от шума.

Проведенный совместный эксперимент UCLA - Los Alamos - РНЦ КИ подтвердил правильность основных положений теории однопроходных ЛСЭ (теории SASE) и показал возможность создания нового поколения мощных источников когерентного рентгеновского излучения по этому принципу.

6. Создание ондулятора для лазерного ускорителя типа ОЛСЭ

Проблеме создания ускорителя с высоким темпом ускорения посвящено много

теоретических работ, начиная с 60-х годов. Наиболее перспективными

представляются лазерные ускорители. В шестой главе приводятся данные о жестко

профилированном двухсекционном гибридном ондуляторе, созданном для

18

уникального эксперимента по лазерному ускорению типа обращенного ЛСЭ на базе электронного ускорителя и мощного тераваттного СО2 лазера в UCLA. Впервые было показано, что можно осуществить ускорение электронов на десятки МэВ (с 14 МэВ до 50 МэВ) в ондуляторе длиной 50 см. При этом в принципе может быть обеспечен высокий коэффициент захвата электронов в процесс ускорения (до 30%). Расчетные параметры ускорителя даны в Табл. 5.

Табл. 5. Расчетные параметры лазерного ускорителя.

Параметр

СО2 лазер

Мощность лазера, ГВт 400

Длина волны лазера, мкм 10.6

Размер пучка в фокусе мкм 350

Рэлеевская длина, см 3.6

Входной электронный пучок

Энергия, МэВ 14

Разброс энергии, % 0.5

Заряд, пКл 300

Длина импульса, пс 3

Поперечный эмиттанс, мкм-мрад 10

Размер пучка в области фокуса, мкм 150

Выходной электронный пучок

Энергия, МэВ 55

Разброс энергии, % 2.5

Импульсный ток, кА 3

Поперечный эмиттанс, мкм-мрад 10

Захват электронов, % >20

Конструирование ондулятора для ускорительной установки ОЛСЭ потребовало решения ряда проблем, новых по сравнению с вышеописанными ондуляторами для ЛСЭ. Лазерный пучок Гауссовой формы имеет относительно короткую релеевскую длину (3.6 см), поэтому напряженность электрического поля лазера-драйвера очень сильно изменяется вдоль длины ондулятора, достигая величины 2.8x1010 В/м в области фокуса в центре ондулятора.

Высокий темп ускорения означает не адиабатический режим ускорения. Описать процесс аналитически было сложно, поэтому для расчетов динамики ускорения были использованы численные методы. Конфигурация магнитных полей

ондулятора осуществлялась автором с помощью трехмерного компьютерного кода RADIA. Движение электронов в полях ондулятора и лазерного поля выполнялись с помощью кода, основанного на системе уравнений Лоренца, написанного в среде MathCAD. После первых расчетов делались необходимые коррекции магнитного поля, и расчеты повторялись заново. Окончательное решение проверялось по полученному коэффициенту захвата и величине ускорения электронного сгустка с помощью трехмерного кода транспортировки TREDI, специально адаптированного для обращенного ЛСЭ.

Было показано, что высокий темп ускорения и большой процент захватываемых в процесс ускорения частиц возможен при жестких требованиях на профилирование полей ондулятора. При существующих технологиях этим требованиям можно было удовлетворить только при двойном профилировании: как амплитуд магнитных полей, так и их периодов.

На Рис. 9а показана фотография собранного ондулятора для проекта ОЛСЭ. Ондулятор состоял из двух секций, разделенных межсекционным промежутком, и имел общую длину около 50 см (включая оптимальный межсекционный зазор равный 9.1 мм). В Табл. 6 приведены основные параметры ондулятора.

Рис. 9. Ондулятор для лазерного ускорителя: а) фотография собранного ондулятора; б) схема одного полупернода ондулятора (стрелками обозначены направления намагниченности постоянных магнитов): 1 - неподвижный полюс; 2 - подвижный полюс; 3 - основные втСо магниты; 4 - боковые ШРеВ магниты.

Табл. 6. Основные параметры ондулятора К1АЕ-2р.

Параметр 1 секция 2 секция

Период ондулятора, мм 15-31 38-50

Амплитуда магнитного поля, кГаусс 1.2-3.8 5.1-6.8

Длина, мм 248 229

Число периодов 12 5.5

Полная длина ондулятора (без учета межсекционного зазора), мм 477

Межсекционный зазор, мм 9.1-19

Рабочий зазор ондулятора, мм' 12

В качестве основы конструкции ондулятора использована схема плоского гибридного ондулятора с боковыми магнитами (см. Рис. 9б). Для получения требуемых больших амплитуд магнитного поля были впервые применены полюса концентрирующей формы и трапециидальные боковые магниты, по форме и толщине совпадающие с полюсами.

Особое профилированию проведено для центральной части, расположенной в области фокуса лазерного пучка. Эта область отличается как максимальной амплитудой лазерного поля, так и малым (сравнимым с колебаниями электронного пучка) поперечным размером (0.35 мм) лазера. В соответствии с требованиями проекта, было важно обеспечить стабильность процесса ускорения: процент захвата электронов в ускоряемый сгусток, а также их конечная энергия, не должны сильно падать при небольших изменениях параметров электронного и лазерного пучков относительно номинальных. Расчетные разбросы начальных параметров установки (см. Табл. 7) свидетельствовали о принципиальной возможности создания проектируемого лазерного ускорителя ОЛСЭ.

Табл. 7. Максимальные разбросы начальных параметров установки.

Параметр Максимальный разброс

Начальная энергия электронного пучка, МэВ 14.0-14.8

Мощность СО, лазера, ГВт 350-800

Горизонтальное смещение лазерного пучка, мкм -200-+400

Угловое смещение лазерного пучка, мрад -1- + 1

В главе описывается механическая конструкция изготовленного ондулятора. Впервые применено принципиально новое конструктивное решение - объединение полюсов в блоки гребенок. В диссертации приводятся сведения о последовательности сборки, механической юстировке и особенностях настройки магнитных полей профилированного ондулятора. Результаты настройки магнитных полей показаны на Рис. 10. Настройка проведена с помощью предусмотренных элементов регулировки: подвижных полюсов и боковых магнитов. Отклонение магнитных полей от теоретических составило не более ±0.4% за исключением межсекционной области. Отклонение второго интеграла магнитного поля от теоретического составило не более ±2.5% на всей длине ондулятора. Окончательная настройка входа и выхода ондулятора, а также проверка его фокусирующих свойств была проведена проволочным методом.

8„ ■ .......1.........1......11|||||||||||||||||||||1||||

.АЛА а)

-во-3---------------------------------Е-

800 -------------------------------у -

-400-1-----------------------------\ - - -

-800 -1------------------------------у- - -

•1200 ^1111111 ц 11111и 1111н ш11 и111111111111111111н11[(I -

0 100 200 300 400 500

2, мм

Рис. 10. Магнитное поле (а), его первый (б) и второй (в) интегралы после настройки второго интеграла магнитного поля с использованием датчика Холла.

Тест магнитных полей ченных в реальной конструкции ондулятора

(Рис. 10а), проведен путем р динамики ускоряемого электронного пучка в

поле этого ондулятора и лазерной волны. Расчет показал, что более 27% электронов должно ускориться до энергии больше 48.5 МэВ (максимальная энергия 51.8 МэВ), а среднеквадратичный разброс энергий в ускоренном сгустке не должен превышать 1.6%.

К настоящему времени проведена первая фаза эксперимента ОЛСЭ в UCLA. В ходе проведенного эксперимента из-за технических сложностей не удалось обеспечить необходимые параметры лазерного пучка, положенные в основу расчета конструкции ондулятора. В частности, релеевская длина составляла всего лишь 1.8 см вместо расчетных 3.6 см. Поэтому удалось осуществить и зафиксировать ускорение лишь в первой секции ондулятора (при смещенном фокусе лазерного пучка). На Рис. 11 показаны результаты одного из проведенных сеансов, в ходе которого часть электронов была ускорена до энергии около 32 МэВ.

Заключение

Подведены итоги более чем 10 летнего опыта работы автора по созданию компактных ондуляторов на постоянных магнитах и развитию методик прецизионного измерения полей периодических магнитных структур. Все изготовленные ондуляторы являются оригинальными, отличаются от других по своей конструкции и свойствам. Каждый из них рассчитан под конкретный проект. В целом они характеризуются короткими периодами, экстремально высокими полями, достигающими или даже превышающими так называемый предел Хальбаха, наличием встроенной системы фокусировки и высокой точностью настройки. В ходе проведенных экспериментов разработанные ондуляторы показали себя адекватными требованиям проектов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ:

1. А.А. Varfolomeev, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev «Undulator magnetic field measurements with the wire deflection method», Nucl. Instr. and Meth. A341 (1994) p.p. 470-472.

2. A.A. Varfolomeev, Yu.P. Bouzouloukov, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev, W.H. Urbanus, M.J. van der Wiel «Magnetic field full test oftwo-section KIAE-4 undulator», Nucl. Instr. and Meth. A358 (1995) p.p. 396 - 398.

3. A.A. Varfolomeev, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev «Improvedwire deflection method for magnetic field measurements in long undulators», Nucl. Instr. and Meth. A358 (1995) ABS 46 - ABS 47.

4. A.A. Varfolomeev, Yu.P. Bouzouloukov, V.V. Gubankov, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev «Development of focusing undulators on the basis of side magnet arrays», Nucl. Instr. and Meth. A359 (1995) p.p. 85 - 88.

5. A.A. Varfolomeev, Yu.P. Bouzouloukov, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev «Wire methodfor magnetic field measurements in long undulators», Nucl. Instr. and Meth. A359 (1995) p.p. 93 - 96.

6. V.V. Gubankov, S.N. Ivanchenkov, N.S. Osmanov, V.F. Pavluchenkov, S.V. Tolmachev, A.A. Varfolomeev «KIAE-1.5-3 Undulator Performance», Nucl. Instr. and Meth. A375 (1996) p.p. 448 - 450.

7. P.V. Bousine, S.V. Tolmachev, A.A. Varfolomeev «Detailed analysis of the pulsed wire method», Nucl. Instr. and Meth. A393 (1997) p.p. 414 - 418.

8. N. Osmanov, S. Tolmachev, A. Varfolomeev, A.A. Varfolomeev Jr., P. Frigola, M. Hogan, C. Pellegrini, R. Carr, S. Lidia «UCLA-KIAEfocusing permanent magnet undulatorfor SASE ехрептепи ,Nucl. Instr. and Meth. A407 (1998) p.p. 423 - 427.

9. N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev, A.A. Varfolomeev «Further development of the pulsed wire technique for magnetic field and focusing strength measurements in long undulators», Nucl. Instr. and Meth. A407 (1998) p.p. 443 - 447.

10. M. Hogan, C. Pellegrini, J. Rosenzweig, S. Anderson, P. Frigola, A. Tremaine, C. Fortgang, D.C. Nguyen, R.L. Sheffield, J.Kinross-Wright, A. Varfolomeev, A.A. Varfolomeev, S. Tolmachev, R. Carr «Measurements ofGain Larger than I0 at 12f.im in a SASEFEL», Phys. Rev. Lett. 81(1998) p.p. 4867 - 4870.

11.W.H. Urbanus, W.A. Bongers, C.A.J. van der Geer, P. Manintveld, J. Plomp, J. Pluygers, A.J. Poelman, P.H.M. Smeets, A.G.A. Verhoeven, V.L. Bratman, G.G. Denisov, A.V. Savilov, M.Yu. Shmelyov, M. Caplan, A.A. Varfolomeev, S.V. Tolmachev, S.N. Ivanchenkov, «A high-power electrostatic free-electron maser as a future source for fusion plasma heating: first experiments in short pulse regime», Phys. Rev. E 59 (1999) p.p. 6058 - 6063.

12. S.V. Tolmachev and A.A. Varfolomeev «Developed pulsed wire technique for undulator magneticfield measurements», Proceedings of Fourth Asian Symposium on FELs and Korea-Russia Joint Seminar on High-Power FELs, June 8-10,1999, KAERI, Taejon, Korea, p.p. 363 - 368.

13. A.A. Varfolomeev, S.V. Tolmachev «Field characteristics ofnovel hybrid undulators adequate to LCLS requirements. Simulation results», Presented at 18-th ICFA Beam Dynamics Workshop on Future Light Sources "Physics of and Science with the X-ray Free Electron Lasers", Sept. 10-15, 2000, Arcidosso, Italy. AIP Conference Proceedings 581, Meville, New York, 2001, p.p. 73 - 77.

14. СВ. Толмачев «Расчет конструкции ондулятора с учетом технологических возможностей его изготовления для проекта обращенного ЛСЭ», Препринт ИАЭ-6237/2, Москва, 2001.

15. P. Musumeci, С. Pellegrini, J.B. Rosenzweig, A. Varfolomeev, S. Tolmachev, Т. Yarovoi «On IFEL Experiment at Neptune Lab» Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, Illinois, USA, June 18-22,2001, p.p. 4008 - 4010.

16. A.A. Varfolomeev, S.V. Tolmachev, T.V. Yarovoi, P. Musumeci, C. Pellegrini, J. Rosenzweig «An undulator with non-adiabatic tapering for IFEL project» Nucl. Instr. and Meth. A483 (2002) p.p. 377 - 382.

17. S.V. Tolmachev and A.A. Varfolomeev «Novel hybrid undulator schemes providing unussally strong magnetic field strengths», Nucl. Instr. and Meth. A483 (2002) 11-53 -11-54.

18. P. Musumeci, С Pellegrini, J.B. Rosenzweig, S. Tochitsky, G. Travish, R Yoder, A. Varfolomeev, S. Tolmachev, A. Varfolomeev Jr., T. Yarovoi «Status of the Inverse Free Electron Laser Experiment at the Neptune Laboratory» Proceedings of the 2003 Particle Accelerator Conference, Portland, Oregon, USA, May 12 - 16, 2003, p.p. 1867-1869.

19. http://tormozz.polyn.kiae.su Интернет сайт Лаборатории Когерентных Излучений.

Подписано в печать 7.12.2004. Формат 60x90/16 Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5 Тираж 55. Заказ 79

Отпечатано в РНЦ «Курчатовский институт» 123182, Москва, пл. Академика Курчатова

»2 555 t

Аннотация.

Введение.

Глава 1. Типы ондуляторов и технологии их изготовления.

1.1. Плоские и спиральные ондуляторы.

1.2. Однородные и профилированные ондуляторы.

1.3. Электромагнитные ондуляторы и ондуляторы на постоянных магнитах

1.4. Безжелезные и гибридные ондуляторы.

1.5. Сравнение технологий изготовления ондуляторов.

Глава 2. Развитие ондуляторных технологий.

2.1. Плоские ондуляторы на постоянных магнитах с короткими периодами и максимальными полями.

2.2. Высокие требования на однородность и периодичность полей.

2.3. Фокусировка собственными полями ондуляторов.

2.3.1. Естественная (вертикальная) фокусировка в ондуляторах.

2.3.2. Горизонтальная фокусировка в ондуляторах.

2.4. Разработка ондуляторных схем с фокусировкой в обеих плоскостях.

2.4.1. Схема с С-образной формой полюсов.

2.4.2. Схема с противоположно направленными боковыми магнитами.

2.4.3. Схема с одинаково направленными боковыми магнитами.

Глава 3. Усовершенствование методов измерения магнитных полей.

3.1. Основные способы измерения распределения полей в магнитных структурах.

3.1.1. Методы, позволяющие получить подробную картину поля внутри магнитного элемента.

3.1.1.1. Приборы, основанные на ядерном магнитном резонансе (ЯМР).

3.1.1.2. Преобразователи Холла.

3.1.1.3. Измерительные катушки.

3.1.1.5. Вибрирующая проволока.

3.1.2. Методы, для определения интегральных характеристик магнитных элементов.

3.1.2.1. Протяженные интегрирующие катушки и продольные проволоки

3.1.2.2. Импульсный проволочный метод.

3.2. Усовершенствование используемых методов измерения магнитных полей

3.2.1. Увеличение точности измерений датчиком Холла.

3.2.2. Усовершенствование проволочной установки.

3.2.2.1. Выбор оптимального материала и длины проволоки.

3.2.2.2. Оригинальный датчик положения нити.

3.2.2.3. Выбор параметров импульса тока.

3.2.3. Решение проблемы измерения полей в длинных ондуляторах.

3.2.4. Фокусирующие свойства ондуляторов и их измерение с помощью проволочного метода.

3.3. Сравнение использованных методов измерения магнитных полей.

3.3.1. Статистические ошибки измерений полей методом датчика Холла.

3.3.2. Статистические ошибки измерений проволочным методом.

3.3.3. Анализ точностей метода ДХ и проволочного метода.

3.4. Рекомендации.

Глава 4. Применение модернизированных методов измерения магнитных полей для настройки ондуляторов.

4.1. Ондулятор KIAE-4 для эксперимента по нагреву плазмы в токамаке.

4.1.1. Конструкция двухсекционного ступенчато профилированного ондулятора KIAE-4.

4.1.2. Адаптация системы измерений магнитных полей для настройки ондулятора KIAE-4 с помощью ДХ.

4.1.3. Настройка магнитных полей и его интегралов в ондуляторе KIAE

4.1.4. Основные параметры и запуск установки FOM Fusion FEM с выходом на режим 730 кВт мм-волн в 10 мкс импульсах.

4.2. Подготовка ондулятора KIAE-1.5-1 для эксперимента по проверке режима SASE.

4.2.1. Настройка ондулятора с использованием проволочного метода перед установкой на канал ускорителя.

4.2.2. Основные параметры установки SATURNUS и эксперимент по измерению усиления в режиме SASE.

ГЛАВА 5. Ондулятор KIAE-UCLA 2м и осуществление режима SASE в безрезонаторном ЛСЭ.

5.1. Введение.

5.2. Конструкция ондулятора на постоянных магнитах.

5.2.1. Расчет фокусирующей системы.

5.2.2. Последовательность сборки ондулятора.

5.3. Магнитные свойства ондулятора.

5.3.1. Измерения датчиком Холла.

5.3.2. Измерения проволочным методом.

5.4. Усиление ЗхЮ5, полученное на установке безрезонаторного ЛСЭ.

5.4.1. Зависимость средней интенсивности излучения от заряда.

5.4.2. Флуктуации интенсивности.

6.2. Проект эксперимента "RRC-UCLA" по обращенному ЛСЭ.127

6.2. Расчет схемы и конструкция ондулятора.129

6.1.1. Определение структуры магнитной ячейки.130

6.1.2. Элементы регулировки магнитного поля.134

6.1.3. Принципиальная схема ондулятора для проекта ОЛСЭ.136

6.1.4. Выбор формы траектории в межсекционной области.138

6.1.5. Исследование предельно допустимых разбросов параметров установки при использовании лазера мощностью 0.4 ТВт.143

6.2. Конструкция спроектированного ондулятора.146

6.3. Механическая юстировка ондулятора.151

6.4. Настройка и измерение магнитных полей.153

6.5. Магнитные характеристики изготовленного ондулятора.156

6.5.1. Проверка возможностей регулировки магнитных полей, обеспечиваемых конструкцией ондулятора.156

6.5.2. Настройка магнитных полей с использованием датчика Холла.158

6.5.3. Настройка ондулятора по второму интегралу магнитного поля.160

6.5.4. Особенности использованной технологии для окончательной настройки ондулятора с помощью проволочного метода.165

6.6. Проверка фокусирующих свойств ондулятора.168

6.6.1. Измерение поперечных профилей магнитного поля.168

6.6.2. Измерения фокусировки проволочным методом.170

6.7. Ожидаемое ускорение, обеспечиваемое изготовленным ондулятором. 172

6.8. Описание ускорительной установки.176

6.9. Результаты эксперимента по лазерному ускорению.179

Заключение.180

Список литературы.186

Аннотация

Диссертация посвящена проблемам проектирования, создания и настройки периодических магнитных систем (ондуляторов), которые используются в установках лазеров на свободных электронах (ЛСЭ) и обращенных лазеров на свободных электронах (ОЛСЭ). Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения.

Заключение

В диссертации подводятся итоги более чем 10 летнего опыта работы автора по проектированию, созданию и настройке полей периодических магнитных структур - ондуляторов, которые использовались затем в действующих установках лазеров на свободных электронах и обращенных лазеров на свободных электронах.

На защиту выносятся следующие основные результаты работы:

• Проведен анализ существующих типов магнитных ондуляторов и технологий их изготовления. Показано, что наибольший интерес и широкое распространение в последние годы, как с точки зрения максимального магнитного поля, так простоты и компактности конструкции, представляют ондуляторы на постоянных редкоземельных магнитах, и в особенности плоские гибридные ондуляторы с полюсами из ванадиевого пермендюра.

• Предложены три новые схемы ондуляторов на постоянных магнитах, со встроенной фокусировкой, которые позволяют фокусировать электронный пучок не только в вертикальной плоскости, как в стандартных ондуляторных схемах, но также и в горизонтальной. Это свойство особенно важно при проектировании ондуляторов для однопроходных ЛСЭ, в которых требуется поддержание высокой эффективности взаимодействия электронного и лазерного пучков на больших расстояниях (сотни метров), а также для генераторов мм-волн, в которых используются заметно расходящиеся мощные электронные пучки низкой энергии.

• Создан стенд для прецизионных магнитных измерений на основе датчика Холла, который позволил автоматизировать процесс измерения магнитных полей и увеличить его точность. Была получена точность измерения магнитного поля в точке лучше, чем 0.1 Гаусс. Датчик Холла перемещался с помощью червячной передачи с минимальным шагом 0.6 мкм, его положение контролировалось лазерным интерферометром с точность 0.1 мкм. Для управления стендом и обработки результатов измерения написана компьютерная программа, которая выводит цифровую и графическую информации о распределении магнитного поля, а также его первого и второго интегралов.

• Проведены исследования точности измерения карты магнитных полей и интегральных характеристик с помощью стенда на основе датчика Холла. Найдены оптимальные значения шага измерения в зависимости от длины периода исследуемого ондулятора, времени задержки, необходимого для полной остановки датчика, а также от температурных условий. Проведены тщательные исследования аппаратных и статистических ошибок измерений.

• Существенно модернизирован проволочный метод измерения магнитных полей ондуляторов. Разработан простой и надежный бесконтактный датчик положения проволоки, основанный на регистрации изменений интенсивности света, вызванной колебаниями проволоки. По сравнению с другими датчиками он имеет наилучшие характеристики: линейный выходной сигнал в диапазоне 200 мкм и чувствительность около 50 мВ/мкм, что обеспечивает точность измерения положения проволоки лучше, чем 1 мкм.

• Предложены способы измерения магнитных полей протяженных (> 1 м) ондуляторов с помощью проволочного метода, а именно: использование особо прочной проволоки из бериллиевой бронзы, натянутой максимально возможным весом; применение специальных масляных демпферов для гашения отраженных волн и паразитных колебаний проволоки; изменение ориентации магнитного зазора ондулятора с горизонтальной на вертикальную, что позволяет уменьшить чувствительность к провисанию проволоки; небольшая численная коррекция результатов измерений с провисшей нитью, для восстановления картины магнитного поля на оси ондулятора.

• Показана возможность использования проволочного метода для получения информации о фокусирующих свойствах ондуляторов путем измерения вторых интегралов поля при смещении проволоки параллельно оси ондулятора в поперечных плоскостях (х или у). Метод применим как для исследования естественной фокусировки секступольного типа в вертикальной плоскости, вызываемой взаимодействием ондуляторных колебаний с продольной компонентой магнитного поля, так и для исследования фокусировки в плоскости колебаний, обеспечиваемой прямым действием поперечного магнитного поля на электронный пучок.

• Даны рекомендации по экспериментальной методике настройки полей периодических магнитных структур, обеспечивающие наибольшую точность настройки.

• Собран и настроен двухсекционный ступенчато-профилированный гибридный ондулятора KIAE-4, предназначенный для мощного мазера на свободных электронах, установленного в голландском ФОМ-институте физики плазмы "Rijnhuizen" в Nieuwegein. Амплитуда магнитного поля 2.0/1.6 кГс (для первой и второй секции соответственно), период ондулятора - 4 0 мм, полная длина 1.6 м. Схема ондулятора обеспечивает эффективную фокусировку мощного электронного пучка в диапазоне энергий от 1.75 до 2.0 МэВ (потери 12 А электронного пучка не превосходят 0.1%). Достигнута высокая степень однородности магнитного поля (разброс амплитуд магнитных полей не превышал 0.2%). Уникальные свойства ондулятора обеспечили возможность достижения проектных параметров установки. В ходе проведенного FOM-Fusion-FEM эксперимента генерировалось мм-излучение мощностью 120 кВт в 40 мкс импульсах. Частоту излучения можно было изменять от 130 до 260 ГГц в течение длительности импульса. Это свойство может оказаться очень существенным для повышения эффективности нагрева плазмы в токомаках за счет подстройки частоты излучения под частоту циклотронного резонанса.

• Выполнена высокоточная регулировка магнитных полей ондулятора KIAE-1.5-1 с помощью проволочного метода перед его установкой на электронный канал ускорителя в Университете Калифорнии в Лос-Анджелесе. В ходе проведенного эксперимента наблюдалось усиление спонтанного излучения, было получено рекордное на тот момент увеличение интенсивности первой гармоники излучения относительно интенсивности спонтанного излучения (в 6 раз) в хорошем согласии с теорией однопроходного ЛСЭ (режим SASE). Это явилось первым убедительным доказательством осуществимости режима SASE и создания будущих коротковолновых (вплоть до мягкого рентгена) ЛСЭ.

• Сконструирован и настроен безжелезный 2 м ондулятор на постоянных магнитах для эксперимента по дальнейшему изучению режима SASE. Амплитуда магнитного поля ондулятора -5.4 кГс в 5 мм магнитном зазоре, его период - 2.06 см. В длинном 2-х метровом ондуляторе обеспечена равная фокусировка в двух поперечных плоскостях с помощью предложенной компактной схемы квадрупольной фокусировки с использованием внешних постоянных магнитов. В результате проведенного в Лос-Аламосе эксперимента была получена максимальная (на то время) величина однопроходного усиления ЛСЭ (3x105) на длине волны 12 мкм в режиме запуска от шумового сигнала, что явилось дальнейшим подтверждением теории SASE.

• Спроектирован, изготовлен и настроен двухсекционный сильно профилированный гибридный ондулятор для эксперимента по лазерному ускорению по принципу обращенного лазера на свободных электронах. По проекту эксперимента 14МэВ электронный пучок может быть ускорен до энергии 55 МэВ в ондуляторе длиной 50 см, при этом впервые должен быть обеспечен захват электронов в ускоряемый сгусток до 30%. С целью выполнения требований к свойствам ондулятора, выдвинутых проектом, при его конструировании пришлось применить ряд новшеств. В конструкции впервые были использованы полюса специальной конической формы и трапециидальные боковые магниты, что позволило увеличить рабочий зазор ондулятора до 12 мм. Ондуляторные п оля дважды профилированы: вдоль его оси изменяется не только амплитуда магнитного поля (с 1.2 по 6.8 кГс), но и его период (от 15 до 50 мм). Такое сильное профилирование необходимо для обеспечения высокого темпа ускорения на всей длине ондулятора, включая межсекционную область, где расположен фокус 400 ГВт СОг лазера. При проектировании магнитной системы большое внимание было уделено обеспечению стабильности процесса ускорения: процент захвата электронов в ускоряемый сгусток, а также их конечная энергия, не должны сильно падать при небольших изменениях параметров электронного и лазерного пучков относительно номинальных. Высокая компактность и необходимая плотность размещения магнитов и полюсов была достигнута за счет того, что ондуляторные полюса были впервые объединены механически в блоки гребенок, которые вырезались из предварительно спаянных и обработанных заготовок на электроэрозионном станке без набегающей ошибки с точностью 0.05 мм. Настройка магнитных полей ондулятора обеспечила малые (±0.4%) отклонения экспериментальных полей от теоретических. Окончательная регулировка входных и выходных ячеек ондуляторных секций была выполнена с помощью проволочного метода. Установленный на электронный канал ондулятор подтвердил адекватность его свойств требованиям проекта ОЛСЭ. В ходе первого этапа эксперимента 15 МэВ электронный пучок был ускорен до энергии 32 МэВ в результате взаимодействия в первой секции ондулятора. • Все изготовленные ондуляторы являются оригинальными, отличаются от других по своей конструкции и свойствам. Каждый из них рассчитан под конкретный проект. В целом они характеризуются короткими периодами, экстремально высокими полями, превышающими так называемый предел Хальбаха, наличием встроенной системы фокусировки и высокой точностью настройки. * *

В заключении автор хотел бы поблагодарить сотрудников Лаборатории Когерентных Излучений, благодаря помощи и поддержке которых стала реальностью эта диссертация.

В первую очередь начальника ЛКИ Александра Алексеевича Варфоломеева, благодаря научному и организационному руководству которого стало возможным осуществление описанных выше работ, за полезные дисскусии и оказанную помощь в процессе подготовки этой диссертации.

Так же хотел бы поблагодарить Тимофея Ярового за помощь в проведении расчетов; Александра Варфоломеева мл. за помощь в конструировании, сборке и настройке UCLA-KIAE 2 м и К1АЕ-2р ондуляторов; Н. Османова, С. Иванченкова, А. Хлебникова и других бывших сотрудников ЛКИ, учавствовавших в конструировании, сборке и настройке KIAE-1.5-1, KIAE-1.5-3 и KIAE-4 ондуляторов.

Клаудио Пеллегрини, Пьетро Музумечи и других сотрудников физического отделения Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, совместно с которыми были выполнены эксперименты по проверке осуществимости режима SASE и лазерного ускорителя типа ОЛСЭ.

Вима Урбануса и других сотрудников голландского института физики плазмы, совместно с которыми был проведен FOM-Fusion-FEM эксперимент.

1. Elias L.R., Fairbank W.M., Madey J.M.J., Schwettman H.A., Smith T.I. «Observation of stimulated emission of radiation by relativistic electrons in a spatially periodic transverse magnetic field», Phys. Rev. Lett. 36 (1976) p. 717

2. A.A. Варфоломеев «Лазеры на свободных электронах и перспективы их развития: Обзор». М.: ИАЭ им. И.В. Курчатова, 1980. 117 с.

3. А.А. Варфоломеев «Экспериментальные исследования ЛСЭ: Обзор». М.: ЦНИИатоминформ, 1987. 120 с.

4. Т. Маршалл «Лазеры на свободных электронах». Пер. с англ. М.: Мир, 1987.-240 с.

5. Motz Н., J. Арр. Phys., 1951, v. 22, p. 527. Перевод в сборнике: «Миллиметровые и субмиллиметровые волны». Под ред. Р.Г. Мариманова, М., ИЛ, 1959, с. 194.

6. Н.Р. Freund, V.L. Granatstein «Long wavelength free-electron lasers in 1998», Nucl. Instr. and Meth. A429 (1999) p.p. 33 36.

7. M. Thumm «Free-electron masers vs. gyrotrons: prospects for high-power sources at millimeter and submillimeter wavelengths», Nucl. Instr. and Meth. A483 (2002) p.p. 186- 194.

8. W.H. Urbanus, R.W.B. Best, A.G.A. Verhoeven, M.J. van der Wiel, M. Caplan, L. Bratman, G. Denisov, A.A. Varfolomeev and A.S. Khlebnikov «Design of the 1 MW, 200 GHz, FOM fusion FEM», Nucl. Instr. and Meth. A331 (1993) p.p. 235 -240.

9. Винокуров H.A., Скринский A.H. «О предельной мощности оптического клистрона». В кн.: Труды 6-го Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц (Дубна 11-13 окт. 1978 г.), т. 2. - Дубна, 1979, с. 233 - 236.

10. М.Е. Couprie «Storage rings FEL», Nucl. Instr. and Meth. A393 (1997) p.p. 13 -17.

11. M. Hosaka, S. Koda, M. Katoh, J. Yamazaki, K. Hayashi, K. Takashima,

12. T. Gejo, H. Наша «From the operation of an SRFEL to a user facility», Nucl. Instr.щ, and Meth. A483 (2002) p.p. 146 151.i

13. W.B. Colson «Short wavelengths free electron lasers in 2000», (http://www.physics.nps.navy.mil/fel.html)

14. Claudio Pellegrini, Joachim Stohr «Х-ray free-electron lasers principles, properties and applications». Nucl. Instr. and Meth. A500 (2003) p.p. 33 - 40.

15. РАС97), May 1997, p.p. 3509 3511. Код RADIA доступен бесплатно по адресу: http://www.esrf.fr/machine/support/ids/Public/Codes/software.html

16. Y. Farge. Арр. Opt. 19 (1980) p. 4021.

17. М. Bazin, Y. Farge, M. Lemonnier, J. Perot and Y. Petroff «Design of an undulator for A.C.O. and its possible use as free electron laser», Nucl. Instr. and Meth. 172 (1980) p.p. 61-65.

18. G. Brown, K. Halbach, J. Harris and H. Winick «Wiggler and Undulator Magnets A Review». Nucl. Instr. and Meth. 208 (1983) p.p. 65 - 77.

19. K. Halbach «Permanent Magnet Undulators». Journal de Physique (Paris) 44 (1983), Cl-211 -Cl-216.

20. C.B. Толмачев «Расчет конструкции ондулятора с учетом технологических возможностей его изготовления для проекта обращенного ЛСЭ», Препринт ИАЭ-6237/2, Москва, 2001.

21. Р oole М.W., W alker R .Р. « Some 1 imitations on t he design о f p lane periodic electromagnets for undulators and free electron lasers», Nucl. Instr. and Meth., A176 (1980) p.p. 487-495.

22. A.A. Varfolomeev and A.V. Smirnov, Nucl. Instr. and Meth. A341 (1994) ABS 123.

23. E.T. Scharlemann, J. Appl. Phys. 58 (1985) p.p. 2154 2161.

24. Clifford M. Fortgang «А pure permanent magnet two plane focusing - tapered wiggler for a high average power FEL». Nucl. Instr. and Meth. A393 (1997) p.p. 385 -388.

25. A.A. Varfolomeev, A.H. Hairetdinov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov «Hybrid undulator schemes providing tunable transverse e-beam focusin»". Preprint IAE-5599/1, RRC «Kurchatov Institute», Moscow, 1993002E

26. K.E. Robinson and D.C. Quimby «Canted-pole transverse gradient in planar undulators», Proceedings 1987 IEEE Particle Accelerator Conference, Washington, USA, 1987, p.p. 428-430.

27. Y. Tsunawaki, N. Ohigashi, K. Mima, T. Akiba, S. Kuruma, K. Imasaki, S. Nakai and L.R. Elias «Focusing permanent magnet undulator», Nucl. Instr. and Meth. A304 (1991) p.p. 753 758.

28. V.L. Granatstein, W.W. Destler, S.W. Bidwell, Z.X. Zhang, T.M. Antonsen, Jr.

29. B. Levush, J. Rodgers, Y. Carmel and H.P. Freud «Experimental and numerical results on a millimeter-wave free electron laser amplifier», Nucl. Instr. and Meth. A331 (1993) p.p. 122- 125.

30. A.A. Varfolomeev, Yu.P. Bouzouloukov, V.V. Gubankov, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev «Development of focusing undulators on the basis of side magnet arrays», Nucl. Instr. and Meth. A359 (1995) p.p. 85 88.

31. A.A. Varfolomeev, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, C. Pellegrini,

32. G.A. Baranov, V.I. Michailov «Large-field-strength short-period undulator design», Nucl. Instr. and Meth. A318 (1992) p.p. 813-817.

33. F. Aghamir, W.A. Barletta, D.B. Cline, J.W. Dodd, S.C. Hartman, T.C. Katsouleas, J. Kolonko, S. Park, C. Pellegrini, J.-C. Terrien, J.G. Davis,

34. C.J. Joshi, N.C. Luhmann, D.B. McDermott, S.N. Ivanchenkov, Yu.Yu. Lachin, A.A. Varfolomeev "SATURNUS: The UCLA high gain infrared FEL project",

35. Proceedings of the 12-th Intern. Conf. on Free-Electron Lasers, Sep. 17-21, 1990, Paris, Nucl. Instr. and Meth. A304 (1991) p.p. 155 158.

36. G. Baranov, N. Barov, P. Davis, M. Fauver, B. Gitter, G. Hairapetian, S. Hartman, M. Hogan, S. Ivanchenkov, C. Joshi, A. Khlebnikov, P. Kwok,

37. N. Luhmann Jr., S. Park, C. Pellegrini, J. Rosenzweig, K. Schenk, J. Smolin, P. Tran, G. Travish and A. Varfolomeev "The UCLA IR FEL project". Nucl. Instr. and Meth. A331 (1993)p.p. 228-231.

38. J.W. Dodd, Yu.Yu. Lachin, C. Pellegrini and A.A. Varfolomeev, Preprint UCLA CAA0072-2/91 (Los Angeles, С A, 1991).

39. V.V. Gubankov, S.N. Ivanchenkov, N.S. Osmanov, V.F. Pavluchenkov, S.V. Tolmachev, A.A. Varfolomeev "KIAE-1.5-3 Undulator Performance", Nucl. Instr. and Meth. A375 (1996) p.p. 448 450.

40. S.O. Cho, B.C. Lee, S.K. Kim, Y.U. Jeong, B.H. Choi, J.M. Lee and

41. K.H. Chung «Development of an electrostatic accelerator for a millimeter-wave free-electron laser», Nucl. Instr. and Meth. A341 (1994) ABS 55 ABS 56.

42. A.A. Varfolomeev, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov,

43. M.J. van der Wiel, W.H. Urbanus, V.F. Pavluchenkov «Performance of the undulator for the FOM-FEM project» Nucl. Instr. and Meth. A341 (1994) p.p. 466 469.

44. IMMW-13, Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), California, May 19 -22,2003. (http://www-conf.slac.stanford.edu/immw/)

45. IMMW-12, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Grenoble, France, October 2001.http://www.esrf.fr/conferences/proceedings/IMMW12/index.html)

46. IMMW-11, Brookhaven National Laboratory, (BNL), Brookhaven, October 1999. (http://magnets.rhic.bnl.gov/IMMW/default.asp)

47. CAS Proceedings "Magnetic Measurement and Alignment", Montreux, Switzerland, 16-20 March 1992, CERN 92-05, Stuart Turner (ed.) 387 p.

48. CAS Proceedings "Measurement and Alignment of Accelerator and Detector Magnets", Anacapri, Italy, 11-17 April 1997, CERN 98-05, Stuart Turner (ed.) 400 p.

49. L.W. McKeehan "The measurement of magnetic quantities", J. Opt. Soc. Amer., 19 (1929), p.p. 213 242.

50. K.N. Henrichsen "Classification of magnetic measurement methods", CAS Proceedings of the "Magnetic Measurement and Alignment", Montreux, Switzerland, 16-20 March 1992, CERN 92-05, Stuart Turner (ed.) p.p. 70 83.

51. George Rakowsky "Measurement of Small-Gap Insertion Devices", Presented at the 12 International Magnetic Measurement Workshop, ESRF, Grenoble, France, 3 Oct. 2001.

52. C.S. Hwang, T.C. Fan, F.Y. Lin "An overview of the magnet measurement development at SRRC", Presented at the 12 International Magnetic Measurement Workshop, ESRF, Grenoble, France,-3 Oct. 2001.

53. E.H. Hall "On a new action of the magnet on electric currents", Amer. J. Math., 2(1879) p.p. 287-292.

54. K.E. Robinson, D.C. Quimby, J.M. Slater, T.L. Churchill, A. Pindroh, A. Valla «Hybrid undulator design considerations», Nucl. Instr. and Meth. A250 (1986) p.p. 100- 109.

55. C. Schott, R.S. Popovic, S. Alberti, M.Q. Tran, "High accuracy magnetic field measurements with a Hall probe", Review of Scientific Instruments, Vol. 70 (1999), No. 6, p.p. 2703 2707.

56. C. Schott, R.S. Popovic "Integrated 3D Hall Magnetic field sensor", Proceedings of the Transducers'99, 7-10 June 1999, Sendai, Japan, Vol. 1 (1999), p.p. 168-171.

57. R.S. Popovic "Novel Hall magnetic Sensors and their Application", Proceedings of Eurosensors XIII, The Hague, The Netherlands, 12-15 Sept. 1999, p.p. 539 542.

58. L. Solomon, G. Ingold, I. Ben-Zvi, S. Krinsky, L.H. Yu, W. Sampson,

59. K. Robins «Magnetic Field Measurements of A Superconducting Undulator for a Harmonic Generation FEL Experiment at the NSLS» Proceedings of the 1993 Particle Accelerator Conference (РАС 1993), p.p. 1602 1604.

60. А. Баё1 "Search coil techniques", CAS Proceedings "Magnetic Measurement and Alignment", Montreux, Switzerland, 16-20 March 1992, CERN 92-05, Stuart Turner (ed.), p.p. 122- 137.

61. D.E. Kim, H.G. Lee, H.S. Suh, H.S. Han, M.S. Hong, K.H. Park, H.G. No,

62. J.S. Bak "Fabrication and Measurement of PLS EPU6 Undulator", Proceedings of the 1 Asian Particle Accelerator Conference (APAC98), 23 27 March 1998, Tsukuba, Japan.

63. Alexander Temnykh "Vibrating wire field-measuring technique", Proceedings of the 1997 Particle Accelerator Conference (РАС 1997), 12-16 May 1997, Vancouver, B.C., Canada, p.p. 3218 3220.

64. Alexander Temnykh and Kenneth D. Finkelstein "The CHESS G-line wiggler tuning", Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference (PAC2001), 18-22 June 2001, Chicago, Illinois, USA, p.p. 2456 2458.

65. D. Zagrando, R.P. Walker "A stretched wire system for accurate integrated magnetic field measurements in insertion devices", Nucl. Instr. and Meth. A376 (1996) p.p. 275-282.

66. T.M. Taylor, Т. Tortschanoff, L. Walkiers "Performance and final optimization of the LEP dipole wiggler magnet", Proceedings of the 9th International Conference on Magnet Technology, Sept. 1985, Zurich.

67. Animesh K. Jain «Harmonic Coils», Proceedings CERN Accelerator School on Measurements and Alignment of Accelerator and Detector Magnets, April 11-17, 1997, Anacapi, Italy, p.p. 175-218.

68. L. Bottura, F. Chiusano, O. Dunkel, P. Legrand, S. Schloss, P. Schnizer,

69. P. Sievers, N. Smirnov "A system for series magnetic measurements of the LHC main quadrupoles", Proceedings of the 17th International Magnet Technology Conference, Sep. 2001, Geneva, Switzerland.

70. C.M. Fortgang, L.B. Dauelsberg, C. Geisik, D.L. Liska, R.E. Shafer "Pulsed taut-wire alignment of multiple permanent magnet quadrupoles", 1990 LINAC Conference, Albuquerque, NM, Sept. 1990.

71. J.G. Melton, M.J. Burns, D.J. Hanaberger "Pulsed taut-wire measurement of the magnetic alignment of the ITS Induction cells", Proceedings of the 1993 Particle Accelerator Conference (РАС 1993), 1993, Washington, DC, USA, p.p. 2944 2946.

72. Roger W. Warren, Donald W. Feldman, Daryl Preston "High-field pulsed microwigglers", Nucl. Instr. and Meth. A296 (1990) p.p. 558 562.

73. R.W. Warren "Limitations of the use of the pulsed-wire field measuring technique", Nucl. Instr. and Meth. A272 (1988) p.p. 257 263.

74. A.A. Varfolomeev, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev «Undulator magnetic field measurements with the wire deflection method», Nucl. Instr. and Meth. A341 (1994) p.p. 470 472.

75. N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev, A.A. Varfolomeev «Further development of the pulsed wire technique for magnetic field and focusing strength measurements in long undulators», Nucl. Instr. and Meth. A407 (1998) p.p. 443 447.

76. A.A. Varfolomeev, Yu.P. Bouzouloukov, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev "Wire method for magnetic field measurements in long undulators", Nucl. Instr. and Meth. A359 (1995) p.p. 93 96.

77. A.A. Varfolomeev, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev "Improved wire deflection method for magnetic field measurements in long undulators ", Nucl. Instr. and Meth. A358 (1995) ABS 46 ABS 47.

78. A.A. Varfolomeev, Yu.P. Bouzouloukov, S.N. Ivanchenkov, A.S. Khlebnikov, N.S. Osmanov, S.V. Tolmachev, W.H. Urbanus, M.J. van der Wiel "Magnetic field full test of two-section KIAE-4 undulator", Nucl. Instr. and Meth. A358 (1995) p.p. 396 398.

79. P.V. Bousine, S.V. Tolmachev, A.A. Varfolomeev «Detailed analysis of the pulsed wire method», Nucl. Instr. and Meth. A393 (1997) p.p. 414 418.

80. W.H. Urbanus, R.W.B. Best, A.G.A. Verhoeven, M.J. van der Wiel, M. Caplan, V.L. Bratman, G. Denisov and A.A. Varfolomeev, Proc. 3rd Europ. Particle Accelerator Conf., vol. 1(1992) p. 629.

81. B.L. Militsyn, W.A. Bongers, V.L. Bratman, M. Caplan, G.G. Denisov, C.A.J, van der Geer, P. Manintveld, A.A.M. Oomens, J. Plomp, J. Pluygers, A.J. Poelman,

82. M. Riet, A.V. Savilov, P.H.M. Smeets, C.J. Tito, G.N.B. Turk, A.A. Varfolomeev, W.H. Urbanus «First lasing of the Duch fusion-FEM in the long-pulse configuration», Nucl. Instr. and Meth. A483 (2002) p.p. 259 262.

83. J.B. Murphy and C. Pellegrini "Free electron lasers for the XUV spectral region", Nucl. Instr. and Meth. A237 (1985) p.p. 159 167;

84. J.B. Murphy and C. Pellegrini, J. Opt. Soc. Am. B2, 259 (1985).

85. Ya.S. Derbenev, A.M. Kondratenko and E.L. Saldin, Nucl. Instr. and Meth. A193 (1982) p. 415.

86. R. Bonifacio, C. Pellegrini and L. Narducci, Opt. Commun. 50 (1984), p. 373.

87. K.-J. Kim "An analysis of self-amplified spontaneous emission", Nucl. Instr. and Meth. A250 (1986), p.p. 396 403;

88. J.-M. Wang and L.-H. Yu "A transient analysis of a bunched beam free electron laser", Nucl. Instr. and Meth. A250 (1986), p.p. 484 489.

89. Gerald T. Moore "The high-gain regime of the free electron laser", Nucl. Instr. and Meth. A239 (1985), p.p. 19 28;

90. E.T. Scharlemann, A.M. Sessler and J.S. Wurtele "Optical Guiding in a Free Electron Laser", Phys. Rev. Lett. 54 (1985), p. 1925;

91. D. A. Kirkpatrick, G. Bekefi and A. C. DirienzoH. P. Freund and A. K. Ganguly "A high power, 600 fim wavelength free electron laser", Nucl. Instr. and Meth. A285 (1989), p.p. 43-46.

92. J. Gardelle, J. Labrouch and J.L. Ruller "Direct Observation of Beam Bunching Produced by a High Power Microwave Free-Electron Laser", Phys. Ref. Lett. 76 (1996), p.p. 4532-4535.

93. R. Sheffield, J. Goldstein and D. Nguyen, in SPIE Proceedings LASE97, San Jose CA (Materials Research Society, Pittsburg, 1997), p.2988.

94. R. Prazeres, J. M. Ortega, F. Glotin, D. A. Jaroszynski, and O. Marcouille "Observation of Self-Amplified Spontaneous Emission in the Mid-Infrared in a Free-Electron Laser", Phys. Rev. Lett. 78 (1997), p.p. 2124-2127.

95. K. Batchelor, I. Ben-Zvi, R. C. Fernow, J. Fischer, A. S. Fisher, J. Gallardo, G. Ingold, H. G. Kirk, K. P. Leung, R. Malone, I. Pogorelsky et al. "Performance of the Brookhaven photocathode RF gun", Nucl. Instr. and Meth. A318 (1992), p.p. 372 -376.

96. R. Zhang, S. Hartman and C. Pellegrini "The plane wave transformer linac development at UCLA", Proceedings of the 1993 Particle Accelerator Conference, 1993, Washington, DC, USA, p.p. 575 577.

97. S. C. Hartman, N. Barov, C. Pellegrini, S. Park, J. Rosenzweig, G. Travish, R. Zhang, C. Clayton, P. Davis, M. Everett et al. "Initial measurements of the UCLA rf photoinjector", Nucl. Instr. and Meth. A340 (1994), p.p. 219 230.

98. K.B. Unser "Design and preliminary tests of a beam intensity monitor for LEP". Proceedings of the 1989 IEEE Particle Accelerator Conference. Accelerator Science and Technology, 1989, Chicago, IL, USA, p.p. 72 74.

99. R.A. Jong, W.M. Fawley and E.T. Scharlemann "Modeling and Simulations of Laser Systems", SPIE 1045 (1989), p.l8.

100. R.W. Warren, C.A. Brau, B.E. Newnam, W.E. Stein, J.G. Winson, L.M. Young, in: S.F. Jacobs, H.S. Piloff, M.O. Scully et al. (Eds.), Physics of Quantum Electronics, vol. 8, Addison-Wesley, Reading, MA, 1982, p.397.

101. R. Warren, C. Fortgang "Fabrication of high-field short-period permanent magnet wigglers", Nucl. Instr. and Meth. A341 (1994) p.p. 444 448.

102. N. Osmanov, S. Tolmachev, A. Varfolomeev, A.A. Varfolomeev Jr., P. Frigola, M. Hogan, C. Pellegrini, R. Carr, S. Lidia «UCLA-KIAE focusing permanent magnet undulator for SASE experiment», Nucl. Instr. and Meth. A407 (1998) p.p. 423 -427.

103. D. C. Nguyen, R. L. Sheffield, С. M. Fortgang, J. C. Goldstein, J. M. Kinross-Wright, and N. A. Ebrahim "Self-Amplified Spontaneous Emission Driven by a High-Brightness Electron Beam", Phys. Rev. Lett. 81 (1998), p.p. 810 813.

104. R. Bonifacio, L. De Salvo, P. Pierini, N. Piovella, and C. Pellegrini "Spectrum, temporal structure, and fluctuations in a high-gain free-electron laser starting from noise", Phys. Rev. Lett. 73 (1994), p.p. 70-73.

105. P. Chen, Part. Accel. 20 (1985), p. 171;

106. T. Katsouleas "Physical mechanisms in the plasma wake-field accelerator", Phys. Rev. A 33 (1986), p.p. 2056 2064.

107. J.B. Rosenzweig, D.B. Cline, B. Cole, H. Figueroa, W. Gai, R. Konecny, J. Norem, P. Schoessow and J. Simpson "Experimental observation of Plasma Wake-Field Acceleration", Phys. Rev. Lett. 61 (1998), N1, p.p. 98-101.

108. S.Ya. Tochitsky, C. Filip, R. Narang, C.E. Clayton, K.A. Marsh and C. Joshi "Overview of NEPTUNE Facility", T802, Proceedings of Snowmass 2001, Snowmass Village, Colorado, June 30 Jule 21, 2001.

109. R.Palmer, J.Appl.Phys. 43, 3014, (1972).

110. E. Courant, C.Pellegrini, W.Zakowicz "High-energy inverse free-electron-laser accelerator", Phys. Rev. A 32 (1985), N5, p.p. 2813-2823.

111. Phillip Sprangle, Chan Joshi "Final Report on the Advanced Acceleration Techniques Working Group", T8, Proceedings of Snowmass 2001, Snowmass Village, Colorado, June 30 Jule 21, 2001.

112. A.A. Varfolomeev "Applications of high brightness electron beams to vacuum laser accelerators", Presented at the Joint ICFA Advanced Accelerator and Beam Dynamics Workshop, Chia Laguna, Juli 1-6, 2002, Sardinia, Italy.

113. W.D. Kimura, M. Babzien, L.P. Campbell, D.B. Cline, C.E. Dilley, J.C. Gallardo, S.C. Gottshalk, K.P. Kusche, R.H. Pantell, I.V. Pogorelsky,

114. J.C. Quimby, J.S. Karitka, L.C. Steinhauer, V. Yakimenko, F. Zhou, "STELLA-II: Staged Monoenergetic Laser Acceleration Experiment Update", Proceedings of Advanced Accelerator Concepts, June 23-28, 2002, Oxnard, CA.

115. P. Misumeci, C. Pellegrini, J.B. Rosenzweig, A. Varfolomeev, S. Tolmachev, T. Yarovoi "On IFEL Experiment at Neptune Lab" Proceedings of the 2001 Particle Accelerator Conference, Chicago, Illinois, USA, p.p. 4008 4010.

116. A.A. Varfolomeev, S.V. Tolmachev, T.V. Yarovoi "First approach to simulation of the undulator for IFEL project of UCLA", Int. Report CRL 01-01, Moscow 2001.

117. P. Musumeci, C. Pellegrini "An ultra-high gradient inverse free-electron laser accelerator at the Neptune laboratory", AIP Conference Proceedings, volume 569, issue l,pp. 249-257.

118. A.A. Варфоломеев, Ю.Ю. Лачин, Журнал технической физики 56 (1986) 2122.

119. P. Ellaume, О. Chubar, J. Chavanne "Computing 3D Magnetic Fields from Insertion Devices", Proceedings of the 1997 Particle Accelerator Conference, 12-16 May 1997, Vancouver, B.C., Canada, p.p. 3509 3511.120. Т. Яровой, ЛКИ, РНЦ КИ.

120. P. Musumeci, "TREDI: A Lienerd-Wiechert potential based code for three-dimensional electron dynamics in advanced accelerators. IFEL version". Int. Report, Los Angeles, 6/26/01.

121. A.A. Varfolomeev, S.V. Tolmachev, T.V. Yarovoi "Simulation with the purpose to optimize IFEL undulator design for UCLA RRC KI project", Int. Report1. CRL 03-01, Moscow 2001.

122. S.V. Tolmachev and A.A. Varfolomeev "Novel hybrid undulator schemes providing unussally strong magnetic field strengths", Nucl. Instr. and Meth. A483 (2002) 11-53-11-54.

123. A.A. Varfolomeev, S.V. Tolmachev, T.V. Yarovoi; P. Misumeci, C. Pellegrini, J. Rosenzweig "An undulator with non-adiabatic tapering for IFEL project." Nucl. Instr. and Meth. A483 (2002) p.p. 377 382.

124. Б.А. Калинин, O.H. Севрюков, B.T. Федотов, A.H. Плющев, А.П. Яйкин «Новые аморфные припои для пайки титана и его сплавов», Сварочное производство, 2001, №3, стр. 37-39.

125. A. Varfolomeev, A.A. Varfolomeev Jr., S. Tolmachev «Construction of the strongly tapered hybrid undulator KIAE 2P-03 for laser acceleration experiment», Int. report CRL 02-03, Moscow, 2003.

126. V 127. A. Varfolomeev, S. Tolmachev. A.A. Varfolomeev Jr., T. Yarovoi. "Fine tuning of the double tapered undulator KIAE 2P-03 for a laser acceleration experiment". Int. report CRL 03-03, Moscow, 2003.

127. Файл «traject.mcd» T.B. Яровой, ЛКИ, РНЦ КИ.