Фокусировка переходного и дифракционного излучения изогнутыми мишенями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

На правах рукописи

Сухих Леонид Григорьевич

Фокусировка переходного и дифракционного излучения изогнутыми мишенями

Специальность 01.04.20 — физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ

1 9 НОЯ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск - 2009

003483938

Работа выполнена на кафедре Прикладной физики ГОУ ВПО 'Томский политехнический университет"

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор

Потылндын Александр Петрович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Вордовицын Владимир Александрович

доктор физико-математических иаук, профессор

Мезенцев Николай Александрович

Ведущая организация: Национальный исследовательский

ядерный университет "МИФИ11

Защита состоится "2" декабря 2009 г. в 1500 час. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.05 при Томском политехническом университете по адресу: 634050, Томск, пр. Ленина. 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке Томского политехнического университета университета.

Автореферат разослан " __2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.05, ,, ^ кандидат физико-математических наук A.B. Кожевников

Общая характеристика работы Актуальность работы

На сегодияшпий день различные талы поляризационного излучения, например. переходное, дифракционное. Смита-Парселла, имеют многочисленные практические приложения в физике ускорителей, лазеров, плазмы, сверхвысокочастотной электроинке и т.д.

В последнее время теоретически и экспериментально исследуется т.н. "эффект предволновой зоны", связанный с влиянием на характеристики излучения конечной излучающей области, пропорциональной в случае переходного излучения 7А (7 - Лоренц-фактор частицы. А - длина волны излучения), которая в некоторых случаях не может рассматриваться как точечная. Влияние эффекта заключается в существенном снижении спектрально-угловой плотности излучения и деформации угловых распределений на расстояниях менее чем Ь < 72А, что ведёт к ухудшению пространственного разрешения диагностических станций характеристик пучков заряженных частиц, особенно в современных ускорителях. Также ухудшаются характеристики источников излучения, основанных на использовании данных излучений.

Актуальность настоящего исследования связана с необходимостью увеличения снектрально-утловой мощности поляризационного излучения при расположении диагностических детекторов в предволновой зоне; разработки новых и модернизации существующих источников излучения в таких спектральных диапазонах, как терагерцовый и мягкий рентгеновский, которые планируются к использованию для медико-биологических исследований.

Цель работы

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование характеристик переходного и дифракционного излучений, а также излучения Смита-Парселла от мишеней и решёток фокусирующей формы, а именно сферических и параболических, в оптическом и миллиметровом диапазонах длин волн для того, чтобы увеличить угловую плотность излучения в предволновой зоне по сравнению с плоскими мишенями и решётками, а также с целью сравнения характеристик теоретически предсказанного эффекта фокусировки излучения в предволновой зоне [1-4] с экспериментальными данными.

Научная новизна работы

Впервые экспериментально обнаружена фокусировка переходного и дифракционного излучений, а также излучения Смита-Парселла в предволиовой зоне изогнутыми мишенями в оптическом и миллиметровом диапазоне длин волн, т.е. зарегистрировано увеличение угловой плотности излучения от изогнутой мишени без применения средств внешней оптики по сравнению с плоской мишеныо в соответствующих условиях.

Предложена оригинальная схема источника субмиллиметрового и мягкого рентгеновского излучения на основе когерентного дифракционного излучения коротких электронных сгустков и механизма обратного Томсоновского рассеяния.

Практическая значимость работы

Результаты проведённых экспериментальных исследований по фокусировке переходного и дифракционного излучений, а также излучения Смита-Парселла могут быть использованы при разработке новых и модернизации существующих диагностических станций для измерения поперечных и продольных профилей электронных сгустков, а также в схемах источников монохроматического излучения. Показано, что для наклонных фокусирующих мишеней необходимо учитывать обнаруженный астигматизм для улучшения пространственного разрешения диагностических станций.

Предложенная схема источника субмиллиметрового и мягкого рентгеновского излучения может составить конкуренцию существующим ныне источникам излучения в указанном диапазоне.

Положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментальное подтверждение эффекта фокусировки некогерентных переходного и дифракционного излучений, генерируемых ультрарелятивистским электронным пучком в сферической мишени, расположенной в предволиовой зоне, в оптическом диапазоне длин волн.

2. Экспериментальное подтверждение эффекта фокусировки когерентного переходного излучения, генерируемого умеренно релятивистским электронным пучком в параболической мишени, расположенной в существенно предволиовой зоне, в миллиметровом диапазоне длин волн.

4

3. Экспериментальное подтверждение эффекта фокусировки когерентного излучения Смпта-Парселла генерируемого умеренно релятивистским электронным пучком в параболических решётках двух типов, расположенных в иредволиовой зоне, в миллиметровом диапазоне длин волн.

4. Схема источника субмиллиметрового и мягкого рештеновского излучения на основе когерентного дифракционного излучения коротких электронных сгустков и механизма обратного Томсоновского рассеяния.

Личный вклад автора

Результаты, частично опубликованные в работах [а,Ь] (первая глава диссертации), получены при проведении совместного эксперимента в High energy-research accelerator laboratory КЕК (г. Цукуба, Япония), на ускорителе КЕК-ATF. Результаты, частично опубликованные в работах [с-е] (вторая глава диссертации), получены при проведении эксперимента в НИИ Ядерной Физики Томского политехнического университета. Вклад автора в экспериментальных исследованиях заключается в проведении теоретических оценок характеристик излучения, подготовке экспериментов, участии в экспериментальных сеансах, обработке полученных данных и формулировке основных выводов. В результатах, частично опубликованных в работе [f] (третья глава диссертации) , вклад автора является основным.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на jui XX Российской конференции но ускорителям RuPAC-06 (Новосибирск, Россия, 2006); на VIII международной конференции по диагностике ускорителей заряженных частиц DIPAC-2007 (Венеция, Италия 2007); на 37-ii международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (МГУ, Москва, 2007); на 7-м международном симпозиуме "Radiation of relativistic electrons in periodic structures" (Prague, Czech Republic, 2007); на международной конференции Channeling 2008, (Eriee, Италия, 2008). По результатам работы опубликовано 3 статьи в отечественной и зарубежной печати и 3 доклада в материалах международных конференций.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения н списка цитируемой литературы, содержащего 108 библиографических ссылок. Общий объем диссертации составляет 107 страниц. Работа содержит 55 рисунков и 4 таблицы.

Содержание работы

Во Введении обосновывается актуальность темы работы, проводится краткое описание современного состояния исследований в данной области науки, описывается существующая проблема, ставится цель и описывается структура диссертации.

Первая глава посвящена фокусировке некогерентных переходного и дифракционного излучений, генерируемых в сферической мишени ультрарелятивистским электронным пучком, в оптическом диапазоне длин воли.

Раздел 1.1 посвящен теоретическому расчёту спектрально-угловых характеристик обратных некогерентных переходного и дифракционного излучений от параболической мишени при наклонном падении частицы, при расположении детектора в предволновой зоне. В начале раздела рассмотрены методы решения задачи переходного и дифракционного излучений, разработанные к настоящему времени. Для проведения расчёта автор остановился на недавно разработанном так называемом "методе двойного токового слоя" [5]. с помощью которого было проведено сравнение характеристик излучения от параболической мишени в предволновой зоне, плоской в соответствующих условиях и от плоской мишени в волновой зоне. В конце раздела теоретическая модель была усложнена для учёта реальных характеристик экспериментальной установки, а именно, были учтены конечный поперечный размер электронного сгустка, спектральная чувствительность детектора и неидеальная проводимость мишеней.

В раздые 1.2 описана экспериментальная установка на ускорителе КЕК-ATF (Цукуба, Япония) с энергией электронов Ее = 1280 МэВ (7 = 2500) (рисунок 1). В эксперименте проводились измерения оптического переходного и дифракционного излучений от сферической и от плоской мишени, которые, впоследствии, сравнивались между собой и с теоретическими предсказаниями с целью экспериментального подтверждения эффекта фокусировки

данных излучений. Сферическое зеркало представляло собой прямоугольный сегмент сферической поверхности с фокусом / = 500 мм, размерами 7,5x15мм2 с напылённой алюминиевой отражающей поверхностью толщиной 2-4-3 мкм. При таком соотношении поперечных размеров сферического зеркала и его фокуса вполне возможно заменить параболическую поверхность сферической с ошибкой не более 1%. Плоское зеркало представляло собой пластину из кремния толщиной 300 мкм с напылённым золотым отражающим слоем толщиной 2 4- 3мкм. Размеры пластинки 9x7мм2.

Рис. 1: Схема эксперимента по фокусировке оптического переходного и дифракционного излучений сферической мишенью.

Электронный пучок ускорителя с вертикальным размером а = 29.35 мкм проходит поворотный магнит, являющийся основным источником сиихро-трошюго излучения и расположенный в восьми метрах от мишенного узла, маску, которая является защитой от синхротронного излучения, мишенный узел и поглощается в могильнике. На мишенях, расположенных в мишенном узле, генерируется переходное или дифракционное излучение в оптическом диапазоне длин волн. Кроме того, возможен процесс отражения от мишени части прошедшего через маску синхротронного излучения. Оптическое излучение мишеней проходит через выводное окно, поляризатор и/или фильтр и регистрируется ССБ-камерой.

В мишенном узле были установлены плоская и сферическая мишени, а

также проволочный сканер для измерения вертикального размера пучка. В качестве детектора использовалась CCD-камера ALTA Е4000 (7,4 х 7,4 мкм2 на пиксель), которая была установлена на расстоянии L = 440мм от мишеней. Данное расстояние соответствовало L = 440 мм= 0,1472А, т.е. детектор располагался в существенно предволновой зоне.

В разделе 1.3 приведены основные полученные экспериментальные результаты и проведено их сравнение с результатами теоретического расчёта. На рисунках 2 показаны теоретические и экспериментальные распределения вертикальной (и-) компоненты поляризации оптического переходного излучения в двух направлениях.

Рис. 2: Экспериментальные и теоретические распределения интенсивности вертикальной компоненты поляризации оптического переходного излучения вдоль направления Yd (для Xd — 0) (слева) и Xd (для Yd = max) (справа) от плоской (штрихованная кривая - теория, белые квадраты - эксперимент) и от сферической (сплошная кривая - теория, серые точки - эксперимент) мишеней.

Из рисунков 2 видно, что пространственные распределения интенсивности вертикальной компоненты поляризации оптического переходного излучения от сферической мишени вдвое уже чем от плоской мишени и хорошо согласуются с предсказаниями теории. Расстояние между максимумами в распределении оптического переходного излучения от сферической мишени, выраженное в аналогах угловых единиц Yd/L — ву равно 2,3б7~1, а от плоской —4,54 7-1. Пространственное распределение оптического переходного излучения от сферической мишени в предволновой зоне очень близко к распределению в волновой зоне, где угловое расстояние между максимумами равно 27-1. Небольшое отклонение от распределения в волновой зоне может объясняться геометрией наклонной мишени. Теоретическое отношение интен-

сивности оптического переходного излучения в максимуме пространственного распределения излучения от плоской мишени к соответствующему в распределении от сферической мишени в эксперименте составило 0,75 ± 0,04, а согласно теоретическим предсказаниям 0,79.

Одним из факторов, влияющих на пространственные распределения оптического переходного и дифракционного излучений от сферической мишени, является угол наклона мишени относительно траектории электрона. Даже в геометрии зеркального отражения согласно теоретическим предсказаниям должно наблюдаться искажение пространственного распределения вдоль координаты У(1 в наших обозначениях. В работе [С] было экспериментально подтверждено с большой точностью, что в волновой зоне распределение оптического дифракционного излучения от наклонной плоской мишени симметрично в ультрарелятивистском случае. В нашем случае фокусное расстояние не совпадает с расстоянием до детектора, поэтому выделим два фактора, влияющих на асимметрию распределения оптического дифракционного излучения. Первый — не совпадение фокуса с расстоянием до детектора, второй — влияние наклона мишени. На рисунке 3 показаны теоретические и экспериментальные распределения интенсивности вертикальной компоненты оптического дифракционного излучения от плоской и сферической мишеней в геометрии эксперимента.

Рис. 3: Экспериментальные и теоретические пространственные распределения вертикальной компоненты поляризации оптического дифракционного излучения в направлении У(1 от обеих мишеней (X <1 — 0) в случае наклона на угол ф = 45° Серые точки — сферическая мишень, эксперимент, сплошная кривая — теория, белые квадраты — плоская мишень эксперимент, пунктирная кривая — теория. Имнакт-параметр к = оОыкм.

Из рисунка 3 видно, что распределение от сферической мишени деформировано. Для оценки степени деформации была введена аппроксимационная

* lBi Плоская 1 ИТПСНЪ

|эфч ект фокус ii к 1 тровкн т Т 0

- Ж * I "—i-i _ * ч1 т т

Сфер гческая из XljL___ шень

д< льняя зон*

О 50 100 150 200 Импахтчмраметр, мкм

Рис. 4: Зависимость ширины на полувысоте пространственного распределения оптического дифракционного излучения от импакт-параметра для разных мишеней.

функция:

1 / X — £() \

f{x) = аехр

2 \Ь (1 — А/3 sign(x — хо))/ Здесь а, 6, с, xq коэффициенты аппроксимации и Мз параметр асимметрии. Найденные коэффициенты асимметрии для экспериментальных распределений вертикальной компоненты поляризации оптического дифракционного излучения от сферической и плоской мишеней были равны Мз = 0,190±0,028 и Мг — 0,300 ± 0,023, соответственно. Для теоретически рассчитанных распределений в геометрии эксперимента коэффициенты были равны 0,170 ±0,009 и 0,350 ± 0,008, соответственно. Можно видеть, что теоретические оценки хорошо совпадают с экспериментальными результатами. В случае нормального падения для сферической и плоской мишеней теоретически рассчитанные коэффициенты были равны 0,100 ± 0,008 и 0,330 ± 0,010, соответственно. Коэффициенты асимметрии для наклонного и нормального падения на сферическую мишень отличаются примерно в два раза, тогда как для плоской мишени — совпадение в пределах ошибки.

На рисунке 4 показаны теоретически рассчитанные (линиями) и экспериментально измеренные (точками) зависимости ширин на полувысоте пространственных распределений интенсивности вертикальной компоненты поляризации оптического дифракционного излучения от импакт-параметра для плоской и сферической мишеней в предволновой зоне, а также для теоретический расчёт для плоской мишени в волновой зоне. Ширины на полувысоте как теоретические, так и экспериментальные взяты в плоскости Xd, где распределение симметрично, в максимуме.

Из рисунка видно 4, что пространственные распределения от сферической

когерентного переходного излучения от параболической мишени

мишени уже чем от плоской примерно в полтора раза. Из-за экспоненциальной зависимости интенсивности дифракционного излучения от импакт-параметра с ростом последнего ухудшается отношение пик-фон и. как следствие, растёт относительная ошибка. Экспериментальные результаты хорошо совпадают с теоретическими расчётами. Неэкспоненцпальная зависимость в области малых импакт-параметров вызвана влиянием конечного вертикального размера электронного сгустка.

Вторая глава посвящена фокусировке когерентного переходного излучения и когерентного излучения Смита-Парселла при их генерации параболическими мишенями в предволновой зоне.

Раздел 2.1 посвящен теоретическим оценкам характеристик когерентного переходного излучения и излучения Смита-Парселла, генерируемых; умеренно релятивистскими электронами в параболических мишенях при расположении детектора в предволновой зоне, и сравнению с аналогичными характеристиками от плоских мишеней в соответствующих условиях. На основе упоминавшегося метода- двойного токового слоя получены спектрально-угловые распределения переходного излучения и излучения Смита-Парселла и показано, что в эксперименте должно наблюдаться увеличение спектрально-угловой плотности излучения от изогнутых мишеней по сравнению с излучением от плоских мишеней в соответствующих условиях.

Раздел 2.2 посвящен описанию экспериментальной установи! на выведенном пучке микротроиа НИИЯФ ТПУ. Угловое распределение когерентного переходного излучения от параболической мишени сравнивалось с распределением от плоской мишени в соответствующих условиях. Схема эксперимента приведена на рисунке 5. Были также проведены два эксперимента по фокусировке когерентного излучения Смита-Парселла. Схема экспериментов

Рис. 6: Схема экспериментов но фокусировке когерентного излучения Смита-Парселла и некоторые обозначения. На врезках А и В «оказаны детектирующие системы для экспериментов с азимухально-фокусирующей (справа сверху) и полярно-фокусирующей (справа снизу) решётками, соответственно.

показана на рисунке С.

Электроны ускоряются в микротроне до энергии Ee = Q,l МэВ. Макроимпульс электронов, состоящий из щ = 1052G сгустков, продолжительностью т = 4 мкс с частотой / = 6 Гц выводится через Be окно толщиной 100 мкм и взаимодействует с находящейся в воздухе мишенью. Максимальная населённость электронного сгустка Ne ~ 108 электронов. Поперечные размеры электронного сгустка на выходе из тракта 4x4 мм2, характерная длина сгустка в Гауссовом приближении ах = 1,1мм (среднеквадратичное отклонение).

В ходе экспериментов по фокусировке когерентного переходного излучения использовались две мишени. Первая мишень — параболическая, рабочим диаметром d = 160 мм и фокусным расстоянием / = 150 мм. Вторая мишень представляла собой плоскую пластину- фольгнрованного медью стеклотекстолита с толщиной медного слоя 30 мкм квадратной формы поперечными размерами 170 мм х 170 мм. Мишеля устанавливались па пучке, и при этом расстояние от центра мишени до детектора могло изменяться в пределах от 120 до 220 мм, что соответствует существенно иредволновой зоне (L -С 72А).

В экспериментах по фокусировке когерентногоизлучения Смита-Парселла использовались решётки трех типов: плоская, азимутально-фокусирующая с фокусным расстоянием fa;im = 150 мм, полярно-фокусирующая с фокусным расстоянием = 190 мм. Решётки с периодом d = 12 мм (о = dj 2) и чнс-

Рис. 7: Экспериментальное угловое распределение горизонтальной компоненты КПИ от параболической (серые круги) и плоской (белые квадраты) мишеней в точке фокуса / = L = 150 мм.

лом периодов N — 13 представляли собой металлические полоски толщиной 20 мкм на диэлектрической подложке. Ширина всех решёток 120 мм. В эксперименте сравнивались между собой азимутальные распределения угловой плотности когерентного излучения Смита-Парселла от плоской и одной из вогнутых решёток.

В качестве детектора использовался детектор DP-21M1 на основе широкополосной мпкрополосковои антенны п низкобарьерного ВЧ диода. Детектор позволяет регистрировать излучение в области длин волн Ат<„ -f \max = 3 -г 17 мм. Средняя чувствительность в области длин волн от 11 до 17 мм составляет 0,3 В/мВт. В данном диапазоне длин воли излучение сгустка электронов микротрона является когерентным.

В разделе 2.3 приведены основные результаты экспериментов и проведено сравнение с теоретическими оценками. В результате проведения основного эксперимента были получены угловые распределения горизонтальной компоненты поляризации когерентного переходного излучения на четырех расстояниях от параболической мшпенн в условиях фокусировки и дефокусировки. Также было получено угловое распределение от плоской мишени в точке фокуса параболической. Угловые распределения от плоской и параболической мишеней в точке фокуса показаны на Рис. 7. Расстояние между центром мишени и детектором в единицах 72А (А = 12 мм) равно Lj = 0,09-у2А, а в единицах 7А (А = 12 мм) — Li = 1,057'А. Такое расстояние соответствует существенно предволновой зоне. По оси ординат па Рис. 7 отложена, мощность излучения, измеренная детектором. По оси абсцисс отложен угол наблюдения, где "0" соответствует направлению зеркального отражения.

Из Рис. 7 видно, что применение параболической мишени позволяет существенно увеличить мощность излучения по сравнению с плоской мишенью (примерно в 4 раза), несмотря на расположение в существенно предволновой

Рис. 8: Теоретически рассчитанные (кривые) и экспериментально измеренные (точки) расстояния между максимумами в угловом распределении когерентного переходного излучения для параболической мишени (серые точки и сплошная кривая) и для плоской мишени (белые квадраты и пунктирная кривая).

зоне.

На Рис. 8 показаны экспериментально измеренные расстояние между максимумами в угловом распределении когерентного переходного излучения для параболической мишени на разных расстояниях от детектора и от плоской мишени. Также на Рис. 8 показаны теоретически рассчитанные зависимости расстояний между максимумами от расстояния между центром мишени и детектора по формулам когерентного переходного излучения доя экспериментальных параметров; 7 = 12, о = 6 = 80мм, / = 150 мм, Ne = 4,75 • 107, щ = 10526, т = 4 мкс, аг = 1,1мм. Населённость сгустка определялась из среднего тока макроимпульса, который составлял 20 мА. Из Рис. 8 видно, что теоретические предсказания и экспериментальные данные для плоской мишени совпадают в пределах ошибки. Совпадение теоретических предсказаний и экспериментальных данных для параболических мишеней не очень хорошее как по значению расстояния между максимумами, так и по поведению зависимостей. Расхождения между теоретическими и экспериментальными распределениями для параболической мишени могут быть вызваны влиянием неучтённых при расчётах параметров, таких как когерентные эффекты, вызванные поперечными размерами сгустка, его расходимость в воздухе после прохождения бернллневой фольги, прямое когерентное переходное излучение от фольги и конечная апертура детектора.

На Рис. 9 показана экспериментально измеренная угловая плотность мощности когерентного переходного излучения от параболической мишени в левом максимуме углового распределения в зависимости от расстояния между мишенью и детектором. Из рисунка 9 видно, что угловая плотность мощности излучения в случае расположения детектора на расстоянии, равном фокусному, примерно в 3,5 раза больше, чем от плоской мишени.

Результаты эксперимента по фокусировке когерентного излучения Смита-

Расстояние мавду "ахсимумаци в угловом распределении

Рис. 9: Зависимости угловой плотности мощности когерентного переходного излучения от расстояния. Параболическая мишень эксперимент — серые точки, теория ...... сплошная

кривая, плоская мишень эксперимент .....- белые квадраты, теория — пунктирная кривая. Теоретические кривые разделены на 6.

Парселла азимутально-фокусирующей решёткой приведены на рисунке 10. Видно, что интенсивность излучения от азимутально-фокусирующей решётки в максимуме больше, чем от плоской примерно на 80%. На рисунке 11 показана азимутальная зависимость излучения для полярно-фокуспрующей и плоской решёток в одинаковых условиях. Из рисунка 11 видно, что интенсивность излучения от полярно-фокусирующей решётки в максимуме больше, чем от плоской примерно в 3 раза,

Следует отметить, что при использовании полярно-фокусирующей решётки максимальное усиление излучения приходится на расстояние равное фокусному. В случае азимутально-фокусирующей решётки — удвоенному фокусному расстоянию.

♦ (Йей я

Рис. 10: Сравнение экспериментально измеренных азимутальных распределений КИСП от азимутально-фокусирующей (серые круги) и плоской (белые квадраты) решёток в одинаковых условиях.

♦ (¿ей

Рис. 11: Сравнение экспериментально измеренных азимутальных ориентацион-ных распределений КИСП от полярно-фокусирующей (серые круги) и плоской (белые квадраты) решёток в одинаковых условиях.

Детектор

Мишень обратн< дифракционного

Поворотный магнит

I Мишень прямого дифракционного излучения

Рис. 12: Схема источника мягкого рентгеновского излучения на основе Томсоновского рассеяния когерентного дифракционного излучения на электронных сгустках.

Третья глава посвящена расчёту характеристик излучения от компактного источника в субмиллиметровом и мягком рентгеновском диапазонах.

В разделе 3.1 рассмотрена схема, показанная на рисунке 12, которая предполагает использование когерентного дифракционного излучения миллиметрового диапазона, которое могло бы, рассеиваясь на электронных сгустках, генерировать мягкое рентгеновское излучение.

В разделе 3.2 проведён расчёт характеристик когерентного дифракционного излучения от одной полупараболической мишени для параметров ускорителя "проект LUCX", который создается в лаборатории KEK-ATF (Цукуба, Япония) (7 = (90,150), Ne = 1,87 • Ю10, пь = 100, / = 1Гц, <тг = 0,3мм). Показано, что средняя за секунду мощность в диапазоне Л < 1 мм в апертуру dil = d0xd0y = 50 х 50мрад2 составляет 88 мВт (7 = 90). Соответствующая величина за время макроимпульса, которое составляет 280 нс (100 сгустков, расстояние между сгустками 2,8 нс), соответственно равна 315 кВт.

В разделе 3.3 проведён расчёт характеристик мягкого рентгеновского излучения, генерируемого при рассеянии когерентного дифракционного излучения от сгустка на последующем сгустке. Показано, что например, для 7 = 150 число фотонов в диапазоне энергий TiUph = 170,1 ± 0,9 равно Npk = 97,3 фотонов/сгусток, что является неплохим показателем. Кроме того показано, что выход рентгеновского излучения пропорционален кубу числа электронов в сгустке.

В Заключении излагаются основные результаты диссертации.

Основные результаты работы

1. Впервые экспериментально обнаружена фокусировка оптических (некоге-реитпых) переходного и дифракционного излучений, генерируемых ультрарелятивистским электронным пучком в сферической мишени, расположенной в предволновой зоне, т.е. увеличение интенсивности излучений от сферической мишени, по сравнению с характеристиками излучения от плоской мишенп в соответствующих условиях (в 1,3 раза для переходного и 2,5 раза для дифракционного излучений). Показано, что из-за наклона сферической мишени относительно траектории движения электрона возникает астигматизм, т.е. две поляризационные компоненты фокусируются на разных расстояниях.

2. Впервые экспериментально показана фокусировка когерентного переходного излучения и излучения См ита-П ар сел л а, генерируемых умеренно релятивистским электронным пучком в параболических мишенях, расположенных в существенно предволновой зоне, т.е. увеличение мощности излучений от параболических мишеней, но сравнению с характеристиками излучения от плоских мишеней в соответствующих условиях (в 4 раза для переходного, 3 раза для излучения Смита-Парселла).

3. Предложена оригинальная схема источника мягкого рентгеновского и субмиллиметрового излучения на основе Томсоновского рассеяния когерентного дифракционного излучения, генерируемого электронным пучком в открытом резонаторе, состоящем из двух полупараболических мишеней, па последующих электронных сгустках.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации:

a. Focusing of optica] transition and diffraction radiation by a spherical target, / L.G. Sukhikh, G.A. Naumenko, A.P. Potylitsyn, A.S. Aryshev, J. Urakawa, P.V. Karataev, S.T. Boogert // Proceedings of DIPAC 2007. - Venice (Mestre), Italy: 2007.- http://felino.elettra.trieste.it/papers/ WEPB13.pdf.

b. Observation of focusing effect in optical transition and diffraction radiation generated from a spherical target/ L. G. Sukhikh, A. S. Aryshev, P.V. Karataev, G. A. Naumenko, A. P. Potylitsyn, N. Terunuma,2 and J. Urakawa // Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams. - 2009. - T. 12. - 071001

c. Измерение угловых характеристик переходного излучения в ближней и дальней волновых зонах / Б.II. Калинин, Г.А. Науменко, А.П. Потылицын,

Г.А. Саруев, Л.Г. Сухих, В.А. Ча // Письма в ЖЭТФ,- 2006.- Т. 84, № 3 - 136-140 с.

el. Focusing of transition radiation from a paraboloidal target / G.A. Naumenko, V.A. Cha, B.N. Kalinin, Yu.A. Popov, A.P. Potylitsyn, G.A. Saruev, L.G. Sukhikh / /' Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. - 2008. - Vol. 266. - Pp. 3733-3737.

e. Angular distribution of coherent transition radiation from 6 MeV electron beam /V. A. Cha, B. N. Kalinin, E. A. Monastyrev, G.A. Naumenko, A.P. Potylitsyn. G. A. Saruev, L. G. Sukhikh // Proceedings of International Conference on Charged and Neutral Particles Channeling Phenomena II - Vol. 6634-SPIE, 2007,- Pp. 663416-663420. http://link.aip.org/link/7PSI/6634/663416/.

f. Generation of soft X-ray radiation using Thomson scattering of coherent diffraction radiation by a short electron bunch / A.P. Potylitsyn, A.S. Kostousov, L.G. Sukhikh, A.S. Arysliev, J. Urakawa, S.T. Boogert, P.V. Karataev // Proceedings of RuPAC 2006. - Novosibirsk, Russia: 2006. -http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/r06/PAPERS/MON007.PDF.

Список литературы

[1] M. И. Рязанов, И. С. Тилинин. Переходное излучение ультрарелятививст-кой частицы от искривленной поверхности раздела сред //' ЖЭТФ.— 1976. - Т. 71, № 6(12). - 2078-2084 с.

[2j P. Karataev. Pre-wave zone effect in transition and diffraction radiation: Problems and solutions // Physics Letters A. — 2005. — Vol. 345. — 428 pp.

[3] R. 0. Rezaev, A. P. Potylitsyn. Focusing of transition radiation and diffraction radiation from concave targets // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. - 2006. - Vol. 252. - 44-49 pp. / '

[4] Д.В. Карловец, А.П. Потылицын. Излучение Смита-Парселла в "пред-волновой" зоне // Письма а ЖЭТФ. - 2006. - Т. 84, № 9. - С. 579-583.

[5] Д.В. Карловец, А.П. Поты,тцыи. К теории дифракционного излучения // ЖЭТФ. - 200S. - Т. 134, № 5. - С. 887-901.

[6] Observation of Incoherent Diffraction Radiation from a Single-Edge Target in the Visible-Light- Region / T. Muto, S. Araki, R. Hamatsu et al. // Physical Review Letters. - 2003. - Vol. 90, no. 10. - 104801 pp.

Заказ 1017. Тираж 100 экз. Формат 60x84/16. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.

Введение

Глава 1. Фокусировка оптического переходного и дифракционного излучений при их генерации сферической мишенью

1.1. Теоретический расчёт.

1.2. Экспериментальная установка

1.3. Результаты экспериментов и сравнение с теорией

Глава 2. Фокусировка когерентного переходного излучения и излучения Смита-Парселла при их генерации параболическими мишенями.

2.1. Теоретические оценки.

2.2. Экспериментальная установка

2.3. Результаты экспериментов и сравнение с теорией

Глава 3. Источник мягкого рентгеновского излучения

3.1. Схема источника.

3.2. Генерация когерентного дифракционного излучения

3.3. Генерация мягкого рентгеновского излучения

На сегодняшний день поляризационное излучение (переходное, дифракционное, Смита-Парселла) релятивистских электронных1 сгустков и частиц имеет многочисленные практические приложения в физике ускорителей, лазеров, плазмы, сверхвысокочастотной электронике и т.д. Помимо вышеупомянутых областей в последнее время активно исследуется возможность использования данного механизма для генерации интенсивного излучения в таких спектральных диапазонах как ТГц, мягкий рентген, необходимых, в том числе, для целей медицинских и биологических исследований.

Излучение называется переходным (ПИ), если частица пересекает границу раздела различных сред, дифракционным (ДИ) - если частица движется в вакууме вблизи неоднородности, и излучением Смита-Парселла (ИСП), если частица движется вблизи дифракционной решетки (частный случай дифракционного излучения, иногда называемый резонансным ДИ).

Переходное излучение было предсказано В. Л. Гинзбургом и И. М. Франком в 1946 году [1]. Экспериментально переходное излучение протонов было, по всей видимости, впервые зарегистрировано в 1959 году [2]. Излучение, генерируемое электронами в тонких фольгах было экспериментально зарегистрировано в работах [3, 4]. Данные экспериментальные исследования в оптическом диапазоне длин волн подтвердили теорию Гинзбурга-Франка, которая описывает излучение равномерно движущегося электрона при пересечении бесконечной границы раздела двух сред с различными диэлектрическими и/или магнитными проницаемостями. Потери энергии на переходное излучение много меньше энергии частицы, так как излучает не сама частица, а поляризованные полем электрона атомы сре

1Всё нижесказанное может быть, в принципе, распространено на любую заряженную частицу. ды. Спектр переходного излучения простирается от рентгеновского диапазона, где вещество уже становится прозрачным, до длинноволнового диапазона, где спектр ограничивается размерами мишени.

После предсказания и экспериментального подтверждения генерации переходного излучения была проведена огромная экспериментальная и теоретическая работа по исследованию этого явления, первоначально в оптическом и рентгеновском диапазонах длин волн (см., например, библиографию [5]). Одним из важных практических результатов этой работы стало широкое использование переходного излучения в физике высоких энергий, при создании детекторов заряженных частиц и в системах диагностики электронных сгустков ускорителей. В работе [6] была, по всей видимости впервые, экспериментально показана возможность детектирования высокоэнергетических заряженных частиц с помощью счётчиков на основе оптического переходного излучения. В обзоре [7] рассмотрено использование резонансного переходного излучения от стопки пластин для измерения характеристик релятивистских электронов в физике высоких энергий. В работе Л. Вартски (Ь. АУайвИ) [8] интерференция оптического переходного излучения от двух пластин в вакууме использовалась для определения энергии электронов в ускорителе и угловой расходимости пучка.

Отдельно следует сказать о переходном излучении в миллиметровой области длин волн. После экспериментального обнаружения когерентного синхротронного излучения в 1989 году [9], которое было предсказано ещё в 1946 г. [10], существенно возрос интерес к процессам когерентного излучения. Когерентное излучение, которое становится существенным при характерных размерах сгустка меньших, чем длина волны излучения, характеризуется квадратичной зависимостью мощности излучения от числа электронов в сгустке [10]. Когерентное переходное излучение в субмиллиметровой области длин волн, генерируемое электронными сгустками миллиметровой длины, ускоренными в линейном ускорителе до энергии 300 Мэв, наблюдалось У. Хаппеком (U. Наррек) и соавторами в работе [11]. Авторами были исследованы ориентационные распределения излучения для разных поляризаций, квадратичная зависимость выхода излучения от населённости сгустка и спектр излучения. Группой Ю. Шибаты (Yu. Shibata) результаты Хаппека были сначала повторены [12], а впоследствии когерентное переходное излучение было ими детально изучено [13, 14]. Этой групой, по всей видимости, впервые была предложена и апробирована методика измерения продольной длины электронного сгустка по спектру когерентного переходного излучения [15]. По предложенной методике измерялся с хорошей точностью спектр в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне, что позволило определить длину сгустка по когерентному порогу с требуемой точностью. Следует отметить, что практически в то же самое время измерение длины электронного сгустка по спектру когерентного переходного излучения было проведено независимо другой группой [16]. В отличие от предыдущего метода здесь длина электронного сгустка получалась из автокорреляционной функции излучения, разделённого расщепителем (splitter) и измеренного двумя детекторами. В дальнейшем именно этот метод стал широко использоваться при измерении длины электронных сгустков в линейных ускорителях (см., например, [17-19], а также диссертацию [20]).

В работах [21, 22] измерение продольной длины электронного сгустка по спектру когерентного переходного излучения использовалось для настройки инжектора линейного ускорителя, пучок которого служит для самоусиливающегося лазера на свободных электронах (SASE FEL), с тем, чтобы минимизировать длину электронного сгустка. В работе [23] когерентное переходное излучение использовалось для измерения расстояния между электронными сгустками в макроимпульсе, а в работе [24] — для проверки отсутствия паразитных электронных сгустков при работе ускорителя в од-носгустковом режиме. При оценочной длительности электронного сгустка 5 пс (т.е. длине 1,5 мм) авторами был зарегистрирован отклик детектора на основе ВЧ диода с характерной длительностью (ширина на полувысоте) 130 пс. Учитывая, что расстояние между сгустками для этого линейного ускорителя составляет 770 пс, а в случае, например, ускорителя СТРЗ до компрессии — 660 пс [25], подобная методика может использоваться для анализа временной структуры макроимпульса и продольных размеров каждого отдельного сгустка.

Помимо упомянутых выше способов измерения продольной длины электронного сгустка, сравнительно недавно был реализован ещё один, использующий когерентное переходное излучение. В работе [26] был измерен продольный профиль электронного сгустка длительностью 3,3 пс (ширина на полувысоте) при разрешении системы 0,33 пс. Кристалл ZnTe облучается короткими (15 фс) вспышками лазера. Поляризационные характеристики лазерного луча, прошедшего через кристалл, на который воздействуют импульсы когерентного переходного излучения, определяются интенсивностью последнего. Сдвигая импульс лазера относительно электронного сгустка, возможно получить информацию о продольной структуре последнего.

Теоретическое исследование дифракционного излучения началось несколько позже, чем переходного. Дифракционное излучение возникает при пролёте заряженной частицы в вакууме вблизи неоднородности среды. Таким образом, со средой взаимодействует не сама частица, а только её поле. Очевидно, что в этом случае возмущения траектории электрона будут минимальны в отличие от случая переходного излучения.

Экспериментально когерентное дифракционное излучение в миллиметровом диапазоне длин волн было обнаружено в 1995 году [27]. Авторами цитируемой работы было зарегистрировано излучение при пролёте электронного сгустка через круглое отверстие. В оптическом диапазоне некогерентное дифракционное излучение было впервые обнаружено на синхротроне "Сириус" НИИЯФ Томского политехнического университета в 1998 году [28]. Следует отметить, что предложения по использованию оптического дифракционного излучения от щелевой мишени для маловозмущаю щей диагностики электронных сгустков были высказаны ещё до экспериментального обнаружения данного явления (см., например, [29]). Трудности в экспериментальном исследовании оптического дифракционного излучения связаны прежде всего с тем, что расстояние от электрона до края мишени должно быть не больше чем эффективный поперечный размер поля электрона ~ 7 А [30], где 7 — Лоренц-фактор электрона, Л — длина волны излучения. Это накладывает жёсткие ограничения на энергию электронов и эмиттаис сгустка.

Дальнейшее исследование возможности использования оптического дифракционного излучения от щелевой мишени для определения поперечных размеров сгустков проводилось на ускорителе КЕК-АТР (г. Цукуба, Япония). В первых работах этого цикла была показана принципиальная возможность измерения поперечного размера электронного сгустка, тогда как в последующем был измерен минимальный размер сгустка 14мкм (среднеквадратичное отклонение) [31-33]. Следует отметить, что оптическое дифракционное излучение также используется в диагностике угловой расходимости пучка по методу Вартски (А^ах^Ы) [8], где первая мишень переходного излучения заменена на мишень дифракционного (см., например, [34-36]).

Несколько особняком стоит история изучения излучения Смита-Пар-селла, названного так по имени впервые наблюдавших его учёных [37]. Данное излучение, которое по своей сути является резонансным дифракционным, возникает при пролёте заряженной частицы вблизи периодически деформированной поверхности. Механизм возникновения излучения аналогичен механизму дифракционного излучения, но наличие периодичности приводит к интерференционным эффектам. Важной особенностью ИСП является монохроматичность излучения, испускаемого под определённым полярным углом (угол между вектором скорости электрона и волновым вектором фотона), причём в волновой зоне положение спектральной линии описывается хорошо известным дисперсионным соотношением (т.н. "соотношение Смита-Парселла"):

Здесь А - длина волны излучения, с1 - период решетки, т - порядок дифракции, ¡3 - скорость электрона в единицах скорости света, 9 - полярный угол, под которым наблюдается излучение.

Данное излучение от квазинепрерывных не- или слаборелятивистских пучков широко используется в СВЧ-электронике, в генераторах миллиметрового излучения [38]. Помимо этого исследуется возможность реализации т.н. ЗРЯ-РЕЬ. [39-41]. К настоящему времени разработаны теоретические модели генерации вынужденного излучения Смита-Парселла при взаимодействии квазинепрерывного электронного пучка с металлической решёткой. Роль второго зеркала выполняет сам электронный пучок, что существенно упрощает конструкцию генератора излучения. В эксперименте, проведенном Уратой (ига!а) [42] была зарегистрирована зависимость мощности вынужденного излучения Смита-Парселла от числа электронов, которая аппроксимируется полиномом четвертой степени. Разработанные Ц теории [43] объясняют это явление, но эксперимент не был повторен другими группами.

Экспериментальное исследование излучения Смита-Парселла релятивистских электронных сгустков началось сравнительно недавно и интересно прежде всего тем, что появляется возможность реализовать когерентный механизм излучения для получения квазимонохроматического излучения в субмиллиметровой области длин волн. В случае не- и слаборелятивистских пучков 7 —» 1, и, соответственно, эффективные размеры области взаимодействия (7А) очень малы, порядка А. В субмиллиметровом диапазоне этот факт накладывает очень серьезные требования на поперечные размеры электронного пучка, что затрудняет простое "масштабирование" хорошо известных генераторов мм-излучения.

Отдельно следует сказать, что излучение Смита-Парселла представляет интерес для создания практически невозмущающих методов диагностики электронных сгустков [44-47].

Трудности с изучением данного явления связаны прежде всего с отсутствием единой (с учётом общности всех поляризационных излучений) модели данного процесса [48].

В последнее время теоретически и экспериментально исследуется т.н. "эффект предволновой зоны", названный так в работе [49]. Этот эффект связан с влиянием на характеристики излучения конечной излучающей области, пропорциопальной в случае переходного излучения 7А, которая в некоторых случаях не может рассматриваться как точечная. По всей видимости, впервые на данное явление было указано в работе [50], правда без введения соответствующего термина. Авторы первых экспериментальных работ по исследованию свойств когерентного переходного излучения сталкивались с трудностями в интерпретации результатов, которые плохо сходились с теорией именно из-за влияния данного эффекта [11]. Для переходного и дифракционного излучения эффект влияния предволновой зоны становится существенным при помещении детектора на расстоянии от мишени меньшем, чем 72А. Влияние эффекта заключается в существенном снижении снектрально-угловой плотности излучения и деформации угловых распределений. Следует отличать эффект предволновой зоны от хорошо известного эффекта длины формирования излучения [51, 52]. Последний имеет место в случае переходного и/или дифракционного излучения под углами порядка 7-1 (7 - Лоренц-фактор частицы) относительно движения электрона (т.н. излучение "вперёд") и связан с тем, что в течение некоторого времени поле излучения и поле электрона, распространяясь практически в одном направлении, интерферируют. Согласно [52] длина зоны формирования может быть записана как: = ^ (0\ 1 2(1-/?со80)

В случае обратного излучения угол в 7-1 и, следовательно, длина зоны формирования излучения сопоставима с длиной волны излучения. Критерий зоны формирования в ультрарелятивистском случае для излучения вперёд совпадает с критерием предволновой зоны для обратного излучения.

Эффект предволновой зоны, так же как и влияние конечных размеров мишени в случае переходного и дифракционного излучения теоретически детально изучался в работах [49, 53]. Экспериментальное исследование данного эффекта было проведено в работах [54, 55] для переходного излучения и в работе [56] — для дифракционного. Для излучения Смита-Парселла критерий предволновой зоны был показан в работе [57].

Снижение спектрально-угловой плотности излучения в предволновой зоне является проблемой при практическом использовании упомянутых выше механизмов излучения. В работе [58] было показано, что помещение детектора в предволновой зоне при использовании переходного и/или дифракционного излучения для диагностики электронных сгустков может вызвать серьёзное ухудшение точности измерения. В случае использования поперечного резонатора для увеличения выхода излучения Смита-Парсел-ла (см. работу [59]), влияние эффекта предволновой зоны существенно ухудшает монохроматичность линии, что приводит к существенному снижению интенсивности излучения.

Для увеличения спектрально-угловой плотности излучения в предволновой зоне стандартным способом является применение устройств внешней оптики, таких как линзы в оптическом диапазоне [60] и параболические зеркала в миллиметровом [54]. К сожалению, в некоторых случаях, особенно в схемах источников излучения, применение средств внешней оптики невозможно.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование характеристик переходного и дифракционного излучения, а также излучения Смита-Парселла от мишеней и решёток фокусирующей формы, а именно сферических и параболических, в оптическом и миллиметровом диапазонах длин волн для того, чтобы увеличить спектрально-угловую плотность излучения в предволновой зоне, а также с целью изучения теоретически предсказанного эффекта фокусировки излучения в предволновой зоне [50, 57, 60-62]. В будущем возможно применение такого рода мишеней для модернизации существующих схем диагностики электронных сгустков и генерации излучения для повышения их точности, чувствительности и эффективности.

Диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения; общее число страниц: 107, число использованных литературных источников: 108.

Выводы по главе

Таким образом, можно предположить, что рассмотренная схема на основе обратного Томсоновского рассеяния когерентного дифракционного излучения на электронных сгустках является привлекательной для источника мягкого рентгеновского излучения. Другим плюсом может стать "побочный" интенсивный выход фотонов субмиллиметрового диапазона, которые также могут использоваться в медицинских целях. Данная схема дает принципиальную возможность генерировать излучение в достаточно широком диапазоне энергий фотонов. Например, уже сейчас в ускорительном КЕК (Цукуба, Япония) разрабатывается электронная пушка, которая будет обеспечивать 1000 сгустков в макроимпульсе с населенностью каждого сгустка ~ 1011 электронов. Применение такой пушки позволит увеличить ежесекундный выход фотонов в "классической" схеме с рассеянием лазерного луча на 2 порядка, относительно указанных ранее, а в предлагаемой схеме на 4 порядка. Уменьшение длины электронного сгустка, которое мало влияет на "классическую" схему, позволит в предложенной схеме увеличить выход высокоэнергетических фотонов из-за смещения когерентного порога. Отдельно следует отметить, что, в принципе, используемая схема может быть "закольцована", т.е. возможно реализовать многократную генерацию фотонов одним электронным сгустком, в связи с тем, что дифракционное излучение является маловозмущающим для электрона. В любом случае данное направление представляется перспективным для возможной практической реализации.

Заключение

1. Впервые экспериментально обнаружена фокусировка оптических (некогерентных) переходного и дифракционного излучений, генерируемых ультрарелятивистским электронным пучком в сферической мишени, расположенной в предволновой зоне, т.е. увеличение интенсивности излучений от сферической мишени, по сравнению с характеристиками излучения от плоской мишени в соответствующих условиях (в 1,3 раза для переходного и 2,5 раза для дифракционного излучений). Показано, что из-за наклона сферической мишени относительно траектории движения электрона возникает астигматизм, т.е. две поляризационные компоненты фокусируются на разных расстояниях. Результаты эксперимента хорошо сходятся с результатами теоретического расчёта по модели двойного токового слоя.

2. Впервые экспериментально показана фокусировка когерентного переходного излучения и излучения Смита-Парселла, генерируемых умеренно релятивистским электронным пучком в параболических мишенях, расположенных в существенно предволновой зоне, т.е. увеличение мощности излучений от параболических мишеней, по сравнению с характеристиками излучения от плоских мишеней в соответствующих условиях (в 4 раза для переходного, 3 раза для излучения Смита-Парселла). Результаты эксперимента качественно согласуются с результатами теоретических оценок по модели когерентного переходного излучения с учётом только продольного форм-фактора и показывают необходимость проведения дальнейших теоретических и экспериментальных исследований характеристик излучений на расстояниях, сопоставимых с 7А.

3. Предложена оригинальная схема источника мягкого рентгеновского и субмиллиметрового излучения на основе Томсоновского рассеяния когерентного дифракционного излучения, генерируемого электронным пучком в открытом резонаторе, состоящем из двух полупараболических мишеней, на последующих электронных сгустках. Показано, что число генерируемых фотонов мягкого рентгеновского излучения имеет кубическую зависимость от числа электронов в сгустке.

Результаты диссертации опубликованы в работах [54, 63, 84, 91, 106].

В заключение автор считает свои приятным долгом выразить благодарность своим Учителям: доктору физико-математических наук А.П. Поты-лицыну и доктору физико-математических наук Г.А. Науменко, а также всем тем, без кого данная работа не состоялась бы: A.C. Арышеву, Б.Н. Калинину, Д.В. Карловцу, П.В. Каратаеву, Ю.А. Попову, Г.А. Саруеву, а также профессору Junji Urakawa.

1. В. Л. Гинзбург, И. М. Франк. Излучение равномерно движущегося электрона, возникающее при его переходе из одной среды в другую // ЖЭТФ. — 1946. — Т. 16, № 1.-15-28 с.

2. P. Goldsmith, L. V. Jelley. Optical transition radiation from protons entering metal surfaces // Phylosophical magazine. — 1959. — Vol. 4, no. 43. — Pp. 836-844.

3. H. Boersch, C. Radeloff, G. Sauerbrey. Experimental detection of transition radiation // Phys. Rev. Lett. — 1961. — Vol. 7, no. 2, — Pp. 52-54.

4. A. L. Frank, E. T. Arakawa, R. D. Birkhoff . Optical emission from irradiated foils. II // Phys. Rev. 1962. - Vol. 126, no. 6. - Pp. 1947-1952.

5. Библиография работ по переходному излучению заряженных частиц (1945-1982) / Под ред. Г. М. Гарибяна. — третье, дополненное и переработанное изд. — Ереван, 1983.

6. Transition counter / C.L.Wang, G. F. Dell, H. Uto, Luke C. L. Yuan // Phys. Rev. Lett. 1972. - Vol. 29, no. 12. — Pp. 814-817.

7. С.П. Денисов. Переходное излучение: научное значение и практическое применение в физике высоких энергий // УФН. — 2007. Т. 177, № 4. — 394-396 с.

8. Observation of coherent synchrotron radiation / T. Nakazato, M. Oyamada, N. Niimura et al. // Phys. Rev. Lett. — 1989. Vol. 63, no. 12. — Pp. 1245-1248.

9. E. M. McMillan. Radiation from a group of electrons moving in a circular orbit // Phys. Rev. 1945. - Vol. 68, no. 5-6. - Pp. 144-145.

10. Happek U., Sievers A. J., Blum E. B. Observation of coherent transition radiation // Phys. Rev. Lett. — 1991. Vol. 67, no. 21. Pp. 2962-2965.

11. Observation of coherent transition radiation at millimeter and submillimeter wavelengths / Y. Shibata, K. Ishi, T. Takahashi et al. // Phys. Rev. A.— 1992. — Vol. 45, no. 12. Pp. R8340-R8343.

12. Coherent transition radiation at submillimeter and millimeter wavelengths / T. Takahashi, Y. Shibata, F. Arai et al. // Phys. Rev. E — 1993,— Vol. 48, no. 6.— Pp. 4674-4677.

13. Coherent transition radiation in the far-infrared region / Y. Shibata, K. Ishi, T. Takahashi et al. // Phys. Rev. E. 1994. - Vol. 49, no. 1. - Pp. 785-793.

14. Diagnostics of an electron beam of a linear accelerator using coherent transition radiation / Y. Shibata, T. Takahashi, T. Kanai et al. // Phys. Rev. E.— 1994. — Vol. 50, no. 2. Pp. 1479-1484.

15. Generation and measurement of 50-fs (rms) electron pulses / P. Kung, H.-c. Lihn, H. Wiedemann, D. Bocek // Phys. Rev. Lett. — 1994. — Vol. 73, no. 7. — Pp. 967-970.

16. Measurement of subpicosecond electron pulses / H.-c. Lihn, P. Kung, C. Settakorn et al. // Phys. Rev. 1996. Vol. 53, no. 6.- Pp. 6413-6418.

17. Bunch length measurement of picosecond electron beamsfrom a photoinjector using coherent transition radiation / A. Murokh, B. Rosenzweig J. H. M. et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. — 1998. — Vol. 410. — Pp. 452-460.

18. Evaluation of electron bunch shapes using the spectra of the coherent radiation / M. Nakamura, M. Takanaka, S. Okuda et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 2001. — Vol. 475. — Pp. 487-491.

19. Settakorn C. Generation and Use of Coherent Transition Radiation from Short Electron Bunches: Ph.D. thesis / Stanford Linear Accelerator Center, Stanford University.-2001.

20. Takahashi T., Takami K. Observation of THz coherent transition radiation from single-bunch beam at KURRI-LINAC as an intense pulsed light source // Infrared Physics & Technology. — 2008. — Vol. 51. — Pp. 363-366.

21. CTF3 DESIGN REPORT / Ed. by G. Geschonke, A. Ghigo.- Geneva, Switzerland, 2002. http : //doc. cern. ch/archive/electronic/cern/preprints/ ps/ps-2002-008.pdf.

22. Bunch length measurements at the SLS Linac using Electro-Optical Techniques / A. Winter, M. Tonutti, S. Casalbuoni et al. // Proceedings of EPAC 2004,— Lucerne, Switzerland: 2004. Pp. 253-255.

23. Экспериментальное обнаружение оптического дифракционного излучения / И.Е. Внуков, Б.Н. Калинин, РА. Науменко и др. // Письма в ЖЭТФ. — 1998. — Т. 67, № 10. 760-764 с.

24. M. Castellano. A new non-intercepting beam size diagnostics using diffraction radiation from a slit // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. — 1997. — Vol. 394. — 275-280 pp.

25. N.F. Shulga, S.N. Dobrovolsky. About transition radiation by relativistic electrons in a thin target in the millimeter range of waves // Physics Letters A. — 1999. — Vol. 259. 291-294 pp.

26. Karataev P. Investigation of Optical Diffraction Radiation for Non-Invasive Low-Emit-tance Beam Size Diagnostics: Ph.D. thesis / Department of Physics, Faculty of Science Tokyo Metropolitan University. — 2004.

27. Status of optical diffraction radiation experiment at KEK-ATF extraction line / P. Karataev, S. Araki, R. Hamatsu et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. — 2003. — Vol. 201. — 140 pp.

28. Beam-Size Measurement with Optical Diffraction Radiation at KEK Accelerator Test Facility / P. Karataev, S. Araki, R. Hamatsu et al. // Physical Review Letters. — 2004. Vol. 93. - 244802 pp.

29. Interference of diffraction and transition radiation and its application as a beam divergence diagnostic / R. B. Fiorito, A. G. Shkvarunets, T. Watanabe et al. // Phys. Rev. ST Accel. Beams. 2006. — Vol. 9, no. 5. — P. 052802.

30. S.J. Smith, E.M. Purcell. Visible light from localized surface charges moving across a grating // Physical Review. Letters to the editor. — 1953. — Vol. 92,— 1069 pp.

31. Д-И. Трубецков, A.E. Храмов. Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков. Том 1.— Москва: Физматлит, 2003.

32. A new far infrared free-electron laser / J.E. Walsh, J.H. Brownell, J. C. S wart,z et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. — 1999.— Vol. 429,— Pp. 457-461.

33. H.L. Andrews, C.A. Brau. Gain of a Smith-Purcell free-electron laser 11 Physical Review Special Topics Acellerators and Beams. — 2004. — Vol. 7. — 070701 pp.

34. A. S. Kesar. Smith-Purcell radiation from a charge moving above a finite-length grating // Phys. Rev. ST Accel. Beams. — 205. — Vol. 8. — P. 072801.

35. Superradiant Smith-Purcell Emission / J. Urata, M. Goldstein, M. F. Kimmitt et al. // Physical Review Letters. — 1998. — Vol. 80, no. 3. — 516-519 pp.

36. Superradiant emission of Smith-Purcell radiation / H.L. Andrews, C.H. Boulware, C.A. Brau, J.D. Jarvis // Physical Review Special Topics Acellerators and Beams. — 2005.-Vol. 8.- 110702 pp.

37. A new type of high-resolution position sensor for ultra-relativistic beams / G. Doucas, M. F. Kimmitt, J. H. Brownell et al. // Nucl. Insirum. Methods Phys. Res., Sect. A. — 2001. Vol. 474. — Pp. 10-18.

38. Can coherent Smith-Purcell radiation be used to determine the shape of an electron bunch? / A. Doria, G. P. Gallerano, E. Giovenale et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. — 2002. — Vol. 483. — 263-267 pp.

39. Longitudinal electron bunch profile diagnostics at 45 MeV using coherent Smith-Purcell radiation / G. Doucas, V. Blackmore, B. Ottewell et al. // Physical Review Special Topics Accelerators and Beams. — 2006. — Vol. 9. — 092801 pp.

40. Comparison of Smith-Purcell radiation characteristics from gratings with different profiles / B. N. Kalinin, D. V. Karlovets, A. S. Kostousov et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. — 2006. — Vol. 252. — Pp. 62-68.

41. D.V. Karlovets, A.P. Potylitsyn. Comparison of Smith-Purcell radiation models and criteria for their verification // Physical Review Special Topics Acellerators and Beams. - 2006. - Vol. 9. - P. 080701.

42. V. A. Verzilov. Transition radiation in the pre-wave zone // Physics Letters A.— 2000. Vol. 273. - 135-140 pp.

43. М.И. Рязанов, И. С. Тилипин. Переходное излучение ультрарелятививсткой частицы от искривленной поверхности раздела сред // ЖЭТФ. — 1976. — Т. 71, № 6(12).- 2078-2084 с.

44. В.Л. Гинзбург, В.Н. Цытович. Переходное излучение и переходное рассеяние. — Москва: Наука, 1984.

45. Б. М. Болотовыми. Путь формирования и его роль в излучении движущихся зарядов // Труды ФИ им. Лебедева АН СССР. — 1982. — Т. 140. — 95 с.

46. Н.Ф. Шульга, С.Н. Добровольский. Об экспериментах по когерентному переходному излучению релятивистских электронов // Письма в ЖЭТФ. — 1997. — Т. 65, № 5. 581-584 с.

47. Измерение угловых характеристик переходного излучения в ближней и дальней волновых зонах / Б. Н. Калинин, Г.А. Наумепко, А.П. Потылицын и др. // Письма в ЖЭТФ. 2006. — Т. 84, № 3. - 136-140 с.

48. Search for the prewave zone effect in transition radiation / M. Castellano, V. Verzilov, L. Catani et al. // Phys. Rev. E. — 2003. — Vol. 67, no. 1. — P. 015501.

49. Experimental observation and investigation of the prewave zone effect in optical diffraction radiation / P. Karataev, S. Araki, A. Aryshev et al. // Phys. Rev. ST Accel. Beams. — 2008. Vol. 11, no. 3. - P. 032804.

50. Д.В. Карловец, А.П. Потылицын. Излучение Смита-Парселла в "предволновой" зоне // Письма в ЖЭТФ. 2006. - Т. 84, № 9. — С. 579-583.

51. Potylitsyn A. Image of optical diffraction radiation (ODR) sorce and spatial resolution of ODR beam profile monitor // NATO Worksphop "Advanced Radiation Sorces and Application". Springer, 2006. — Pp. 149-163.

52. Стимулированное излучение Смита-Парселла / A.H. Алейник, А.С. Арышев, Е.А. Богомазова и др. // Письма в ЖЭТФ. — 2004. — Т. 79, № 7. — 396-399 с.

53. P. Karataev. Pre-wave zone effect in transition and diffraction radiation: Problems and solutions // Physics Letters A. — 2005. — Vol. 345. — 428 pp.

54. R. 0. Rezaev, A. P. Potylitsyn. Focusing of transition radiation and diffraction radiation from concave targets // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2006. - Vol. 252. - 44-49 pp.

55. G.A. Naumenko. Some features of diffraction and transition radiation at the distance less than j2X // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. — 2005. — Vol. 227. 87-94 pp.

56. Focusing of optical transition and diffraction radiation by a spherical target / L.G. Sukhikh, G.A. Naumenko, A.P. Potylitsyn et al. // Proceedings of DIPAC 2007. — Venice (Mestre), Italy: 2007.— P. http://felino.elettra.trieste.it/papers/ WEPB13.pdf.

57. В. E. Пафомов. Излучение заряженной частицы при наличии границ раздела // Труды ФИАН. 1969. - Т. XLIV. - 28-167 с.

58. Н. А. Корхмазян. Поляризация переходного излучения в случае наклонного входа // Известия АН Армянской ССР, физико-математические науки. — 1965. — Т. XV, № 1.-115-121 с.

59. М. Л. Тер-Микаелян. Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях. — Ереван: Изд-во АН Армянской СССР, 1969.

60. Б.В. Хачатрян. Математическое обоснование формул дифракционного излучения // Известия АН Армянской ССР, физико-математические науки. — 1965. — Т. XVIII, № 2. 133-139 с.

61. J.D. Jackson. Classical Electrodynamics. — New-York: John Willey & Sons Inc., 1999.

62. J.H. Brownell, J. Walsh, G. Doucas. Spontaneous Smith-Purcell radiation described through induced surface currents // Physical Review E. — 1998. — Vol. 57, no. 1. — 1075-1080 pp.

63. В.А. Фок. Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн. — Москва: ЛКИ, 2007.

64. A.G. Shkvarunets, R.B. Fiorito. Vector electromagnetic theory of transition and diffraction radiation with application to the measurement of longitudinal bunch size // Physical Review Special Topics Accellemtors and Beams.— 2008.— Vol. 11.— 012801 pp.

65. Д.В. Карловец, А.П. Потылицын. К теории дифракционного излучения // ЖЭТФ. 2008. - Т. 134, № 5. - С. 887-901.

66. Д.В. Карловец. Новые методы в теории переходного и дифракционного излучения заряженных частиц: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.02. — Томск, 2008.

67. А.P. Potylitsyn. Transition radiation and diffraction radiation. Similarities and differences // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B.— 1998.— Vol. 145. 169-179 pp.

68. A.P. Potylitsyn. Linear polarization of diffraction radiation from slit and beam size determination // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. — 2003. — Vol. 201. — 161-171 pp.

69. Extremely low vertical-emittance beam in the accelerator test facility at KEK / K. Kubo, M. Akemoto, S. Anderson et al. // Phys. Rev. Lett. — Vol. 88, no. 19. — P. 194801.

70. Achievement of ultralow emittance beam in the accelerator test facility damping ring / Y. Honda, K. Kubo, S. Anderson et al. // Phys. Rev. Lett. — Vol. 92, no. 5. — P. 054802.

71. ФГУП "Производственное объединение "Новосибирский приборостроительный завод" . http://www.npzoptics.ru.

72. Apogee Instruments Inc. http://www.ccd.com.

73. Focusing of transition radiation from a paraboloidal target / G. A. Naumenko, V. A. Cha, B. N. Kalinin et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2008. — Vol. 266. - Pp. 3733—3737.

74. И. M. Тернов. Синхротронное излучение // Успехи физических наук. — 1995. — Vol. 165, по. 4. Pp. 429-456.

75. Г.А. Науменко. Формфакторы релятивистских электронных сгустков в когерентном излучении // Известия ВУЗов. Физика. — 2007. — Т. 10, № 3. — С. 199-205.

76. А. V. Shchagin. Focusing of Smith-Purcell Radiation // VII International Symposium RREPS-07, Abstract Book. — Prague, Czech Republic: 2007. — P. 74.

77. P.M. van den Berg. Smith-Purcell radiation from a point charge moving parallel to a reflection grating // Journal of the Optical Society of America. — 1973. — Vol. 63, no. 12,- 1588-1597 pp.

78. P.M. van den Berg. Smith-Purcell radiation from a line charge moving parallel to a reflection grating // Journal of the Optical Society of America. — 1973. — Vol. 63, no. 4. — 689-698 pp.

79. A. P. Potylitsyn. Smith-Purcell effect as resonant diffraction radiation 11 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. — 1998. — Vol. 145. — 60-66 pp.

80. E. Л. Фейнберг. Адронные кластеры и "полуголые" частицы в квантовой теории поля // Успехи физических наук. — 1980. — Vol. 132, по. 2. — Pp. 255-291.

81. Shadowing of the electromagnetic field of a relativistic electron / G. Naumenko, X. Artru, A. Potylitsyn et al. // arXiv:0901.2630vl.— 2009. http://arxiv.org/abs/ 0901.2630.

82. Т. Majima. Soft X-ray imaging of living cells in water: flash contact soft X-ray microscope // Trends in Analytical Chemistry. — 2004. — Vol. 23. — Pp. 520—525.

83. S. Neethirajan, D.S. J ay as, N. D. G. White. Detection of sprouted wheat kernels using soft X-ray image analysis // Journal of Food Engineering.— 2007,— Vol. 81.— Pp. 509—513.

84. Optics developments in the VUV-soft X-ray spectral region / T. Feigl, J. Heber, A. Gatto, N. Kaiser // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A.— 2002. Vol. 483. - Pp. 351-356.

85. Проект LCLS (SLAC). http://www-ssrl.slac.staiiford.edu/lcls.

86. Проект European X-FEL. http: //xf el. desy. de.

87. Observation of narrow-band Si L-edgc Cerenkov radiation generated by 5 MeV electrons / W. Knulst, O. J. Luiten, M. J. van der Wiel, J. Verhoeven // Applied Physics Letters. — 2001. — Vol. 79, no. 18.- Pp. 2999-3001.

88. Recent progress of a soft X-ray generation system based on inverse Compton scattering at Waseda University / Kazuyuki Sakaue, Tomoko Gowa, Hitoshi Hayano et al. // Radiation Physics and Chemistry. — 2008. — Vol. 77. — Pp. 1136—1141.

89. Daido H. Review of soft x-ray laser researches and developments // Reports on Progress in Physics. 2002. - Vol. 65, no. 10. - Pp. 1513-1576.

90. Temporal structure of resonator output in a millimeter-wave prebunched FEL / Y. Shibata, K. Ishi, T. Takahashi, T. Matsuyama // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 2004. - Vol. 528. - Pp. 157-161.

91. Проект LABSYNC. http://www.kuleuvwn.be/labsync.1. Л I V

92. Проект Mirrorcle. http://www.photon-production.co.jp./e/PPL-HomePage. html.

93. A. P. Potylitsyn. Thomson scattering of coherent diffraction radiation by an electron bunch // Phys. Rev. E. — 1999. — Vol. 60, no. 2. Pp. 2272-2279.

94. Observation of stimulated transition radiation / H.-c. Lihn, P. Kung, C. Settakorn et al. // Phys. Rev. Lett. — 1996. — Vol. 76, no. 22. Pp. 4163-4166.