Влияние тормозного, переходного и черенковского механизмов на параметрическое рентгеновское излучение

Лихачев, Виталий Александрович

Влияние тормозного, переходного и черенковского механизмов на параметрическое рентгеновское излучение тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Лихачев, Виталий Александрович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Белгород МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Влияние тормозного, переходного и черенковского механизмов на параметрическое рентгеновское излучение»

Автореферат диссертации на тему "Влияние тормозного, переходного и черенковского механизмов на параметрическое рентгеновское излучение"

На правах рукописи

ЛИХАЧЕВ Виталий Александрович

ВЛИЯНИЕ ТОРМОЗНОГО, ПЕРЕХОДНОГО И ЧЕРЕНКОВСКОГО МЕХАНИЗМОВ НА ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Белгород - 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородский государственный университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Насонов Николай Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Сергиенко Владимир Иванович

доктор физико-математических наук Внуков Игорь Евгеньевич

Ведущая организация: НИИ ядерной физики им. Д. В. Скобельцына

при МГУ им. М.В. Ломоносова

Защита состоится «22» декабря 2006 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.015.04 в Белгородском государственном университете по адресу: 308007, г. Белгород, ул. Студенческая, 14, ауд. 322.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного университета по адресу: 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85.

Автореферат разослан «21» ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.ф-м.н.

Савотченко С.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современной твердотельной электроники характеризуется уменьшением пространственного масштаба создаваемых устройств, В настоящее время происходит освоение новой перспективной области физических процессов, протекающих в объеме с характерным линейным размером порядка 10'9 м. Как следствие, для создания и диагностики устройств наноэлеюроники требуются пучки квазимонохроматического остро направленного рентгеновского излучения (такие пучки необходимы также для развития современных технологий в области медицины, биологии, исследовании материалеведческих проблем и т.д.).

Основным источником обсуждаемых потоков рентгеновского излучения является в настоящее время синхротрон, позволяющий в сочетании с монохроматорами и другими элементами рентгеновской оптики получать требуемые пучки рентгеновских квантов в широком диапазоне энергий. На основе использования синхротронного излучения к настоящему времени получено много новых результатов в физике твердого тела, в исследованиях биологических объектов и т.д., а также в области важных приложений, среди которых следует выделить, прежде всего, рентгеновскую литографию.

Несмотря на уникальные свойства синхротронных источников, следует отметить ряд их существенных недостатков, главный из которых заключается в сложности и дороговизне установки. Именно по указанной причине в последнее время возникла проблема создания эффективного источника рентгеновского излучения, альтернативного синхротрону. Одно из возможных направлений решения указанной проблемы связывается с использованием когерентных механизмов излучения релятивистских электронов сравнительно небольшой энергии порядка десятков МэВ (для сравнения укажем, что характерная энергия электронов в синхротроне имеет величину порядка 1 ГэВ; именно данное обстоятельство обуславливает высокую стоимость синхротронов, поскольку стоимость ускорителя растет пропорционально кубу энергии ускоренных частиц) в конденсированной среде.

Среди многочисленных механизмов излучения быстрой частицы в среде в качестве одного из наиболее вероятных претендентов на альтернативу еннхротронному излучению выступает так называемое параметрическое рентгеновское излучение (ПРИ) релятивистских электронов в кристалле. ПРИ возникает вследствие когерентного брэгговского рассеяния кулоновского поля быстрого электрона на периодических неоднородно-стях электронной плотности кристалла. Уникальными свойствами ПРИ являются чрезвычайная узость спектра (порядка эВ и менее без учета многократного рассеяния), малая ширина углового распределения рефлекса (порядка у — Лоренц-фактор излучающей частицы), возможность плавной перестройки энергии излучаемых квадтоь, достигаемой простым поворотом кристаллической мишени относительно пучка быстрых электронов.

Тем не менее, ПРИ до настоящего времени не используется широко в фундаментальных и прикладных исследованиях вследствие малой интенсивности. Поэтому в настоящее время происходят интенсивные поиски новых возможностей увеличения выхода ПРИ. Кроме того, одновременно с ПРИ движущийся в кристалле электрон генерирует фотоны, благодаря ряду других механизмов излучения, интерференция которых с ПРИ приводит к существенному изменению характеристик результирующего излучения. При этом оказываются возможными как увеличение, так и подавление интенсивности излучения, поэтому проводимый в работе анализ обсуждаемых интерференционных явлений в ПРИ является весьма актуальным.

Целью работы является исследование влияния на свойства ПРИ интерференционного вклада тормозного, переходного и черен ко веко го механизмов излучения, а также теоретическая интерпретация на основе развиваемых моделей имеющихся экспериментальных данных.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи.

Вклад переходного излучения в формирование выхода ПРИ вдоль скорости излучающего электрона.

Конкуренция вкладов тормозного и параметрического механизмов излучения в выход ПРИ вдоль скорости излучаюшего электрона.

ПРИ в условиях эффекта Вавилова-Черенкова.

Особенности ПРИ в области малых углов ориентации скорости излучающих электронов относительно отражающей кристаллографической плоскости.

Методы исследований. В работе использовались методы математической и теоретической физики; в частности, динамическая теория дифракции для исследования процесса излучения быстрых электронов в кристалле, метод кинетического уравнения для исследования влияния многократного рассеяния, метод стационарной фазы для вычисления поля излучения в волновой зоне, методы контурного интегрирования, методы решения дифференциальных уравнений, численные методы вычисления интегралов.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

1. Впервые показана возможность возникновения острого пика в переходном излучении релятивистских электронов в кристалле конечной тол-шины, обусловленная проявлением эффектов динамической дифракции. На основе развитой теории дана физическая интерпретация результатов выполненного в Майнце эксперимента, посвященного обнаружению ПРИ вперед.

2. Впервые развита количественная теория ПРИ вперед в толстом кристалле с учетом многократного рассеяния. На основе развитой теории дана физическая интерпретация результатов выполненного в Томске эксперимента по поиску ПРИ вперед. В частности, объяснена природа обнаруженного неожиданного эффекта зависимости формы сигнала от брэгтовской частоты.

3. Впервые показана возможность увеличения выхода ПРИ за счет модификации эффекта Бормана в условиях проявления явления Вавилова-Черенкова.

4. Впервые показана возможность существенной монохроматизацни ПРИ а условиях скользящего падения излучающих электронов на отражающую кристаллографическую плоскость.

Достоверность полученных в диссертации результатов обеспечивается применением апробированных методов математической физики, аналитической формой большинства результатов, позволившей осуществить предельные переходы к полученным ранее известным результатам других акторов, ясной физической интерпретацией конечных результатов проведенного анализа, согласием основных результатов диссертации с данными выполненных в Майнце и Томске экспериментов.

Практическая значимость работы.

1. Результаты анализа переходного излучения релятивистских электронов в кристалле конечной толщины позволили правильно интерпретировать данные принципиального эксперимента по поиску ПРИ вперед, проведенного в Майнце. Показано, что в обсуждаемом эксперименте не обнаружен искомый эффект.

2. Результаты анализа ПРИ вперед позволяют объяснить неожиданный эффект зависимости формы сигнала (пик в спектральном распределении излучения сменялся на провал) от значения брэгговской частоты, обнаруженный в эксперименте по поиску ПРИ вперед, выполненному в Томске.

3. Результаты анализа ПРИ в условиях эффекта Вавилова-Черенкова показывают возможность существенного увеличения выхода ПРИ, что позволяет повысить эффективность источников рентгеновского излучениям-основанных на механизме ПРИ.

4. Результаты анализа ПРИ в условиях скользящего падения нзлу- ' чающих электронов на отражающую кристаллографическую плоскость по- л казывзет возможность существенной монохроматизацин спектра рефлекса ПРИ, что важно с точки зрения создания источников квазнмонохроматиче-ского рентгеновского излучения. Кроме этого, данный результат открывает новую область исследований в физике ПРИ — ПРИ вдали от условий брэг-говского резонанса.

Положения, выносимые на защиту

1. В спектре переходного излучения релятивистских электронов, пересекающих кристалл конечной толщины, возникают существенные аномалии в окрестности брэгговской частоты вследствие изменения фазовых со- -отношений между волнами, возбуждаемыми на входной и выходной Ко-. верхностях кристалла. Указанные изменения происходят, благодаря динамической дифракции в кристалле волны, излученной на входной поверхности мишени. В частности, в определенных условиях в спектре излучения возникает узкий пик, который может быть принят в эксперименте за пик параметрического рентгеновского излучения вперед.

2. Форма спектра излучения релятивистки электронов из толстого кристалла в эксперименте брэгговекого резонанса определяется конкуренцией вкладов ПРИ вперед, имеющего форму пика, и тормозного излучения, подавленного в окрестности брэгговской частицы вследствие дифракционных потерь и имеющего поэтому форму плато с провалом. В зависимости от соотношения, определяемого значением брэгговской частицы, спектр результирующего излучения имеет форму пика, или провала. Вклад переходного излучения сказывается только на высоте плато.

3.Роль эффекта аномального фотопоглощения в ПРИ существенно возрастает в условиях черенковского эффекта. Данное обстоятельство обусловлено одинаковой природой первичного черенковского фотона и вторичного фотона ПРИ, что обеспечивает точное образование стоячей волны указанными фотонами, необходимой для проявления обсуждаемого эффекта аномального поглощения. В результате резко возрастает выход ПРИ.

4. В угловом распределении ПРИ релятивистского электрона, движущегося под малым углом к отражающей кристаллографической плоскости, возникает "хвост" в области углов наблюдения, существенно отличающихся от угла Брэгга. Благодаря кинематическим законам сохранения, ширина спектра рефлекса ПРИ в области "хвоста" может быть в десятки раз меньше ширины спектра ПРИ в обычных условиях.

Апробация работы. Результаты настоящей диссертации апробированы на 35 и 36 международных конференциях по физике взаимодействия быстрых заряженных частиц с кристаллами, Москва, МГУ, 2005 и 2006 тт.; на международной конференции "Many-Particle Effects on Radiation Physics 04", Белгород, 2004 г.; на конференции по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям, Харьков, 2006 г.; на международной конференции "Quantum Electrodynamics and Statistical Physics", Харьков, 2006 г. •' - Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 9 публикациях, среди которых ■ 1 статья в издании, рекомендованном ВАК, 1 статья, вошедшая в коллективную монографию, 1 статья в международном журнале Nuclear Instruments and Methods В, 1 препринт Национальной лаборатории ядерной физики, Фраскатн, Италия и 5 тезисов докладов на международных конференциях.

Лнчный вклад автора состоит в выполнении всех численных расчетов по теме диссертации, проведении большей часта аналитических исследований под руководством руководителя диссертации, участием в постановке рассмотренных задач и интерпретации полученных результатов, а также в написании текстов публикаций. Текст диссертации и автореферата написан автором.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Полный объем работы составляет 108 страниц, включая список литературы из 91 наименования и 18 рисунков. '

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель н задачи исследований, описана структура диссертации, проведен краткий обзор литературы по исследуемой тематике.

Первая глава диссертации посвящена теоретическому исследованию особенностей переходного излучения релятивистских электронов в кристаллической мишени конечной толщины. Данная задача весьма сложна, поскольку в рассматриваемых условиях одновременно проявляются несколько различных механизмов излучения, таких как тормозное и когерентное тормозное излучение, переходное и параметрическое излучение. Особый интерес задача приобретает в связи с многолетними поисками предсказанного теоретически эффекта ПРИ вдоль скорости излучающего электрона. В рассматриваемом случае обычное тормозное излучение приводит к образованию постоянного широкополосного фона, значение которого пропорционально толщине мишени и может быть небольшим в случае достаточно тонкой мишени и детектора излучения с хорошим энергетическим разрешением (обычно проблема уменьшения вклада широкополосного фона решается с помощью кристалл-дифракционной методики, позволяющей выделить узкий участок спектра, в котором сосредоточен искомый сигнал). Вклад когерентного тормозного излучения проявляется, как правило, в области более высоких частот, чем характерная частота Брэгга, в окрестности которой сосредоточен вклад ПРИ вперед. С учетом изложенного обсуждаемая задача сводится к описанию излучения быстрого электрона, пересекающего кристалл вдоль прямолинейной траектории (учет многократного рассеяния и начальной расходимости электронного пучка может быть проведен усреднением конечных выражений с использованием хорошо известных методов). Именно такая задача рассматривается в первой главе диссертации.

Для нахождения Фурье-образа возбуждаемого электроном в кристалле

электрического поля использовались уравнения Максвелла для Еок

где Хй и являются компонентами Фурье-разложения периодической в

пространстве диэлектрической восприимчивости кристалла. Решение уравнения (1) было получено в рамках хорошо известного двухволнового приближения динамической теории дифракции.

В рамках приведенной постановки задача рассматривалась неоднократно. Характерным недостатком проведенного ранее анализа является использование предельного перехода к формально бесконечному кристал-

(к2 - о?{\ + Хо))Е°>ь * »

(1)

лу в сложных весьма громоздких выражениях для сечения излучения. При этом в предельных выражениях остается лишь вклад ПРИ. Решение задачи для полу бес конечного кристалла также не дает правильного описания процесса, поскольку при этом не учитывается интерференция волн переходного излучения, испущенных на входной и выходной поверхности мишени,

В рамках развиваемого в работе подхода общая амплитуда излучения разделяется на сумму амплитуд переходного излучения и параметрического излучения. Такой подход позволяет выяснить как отдельные вклады ПРИ вперед и переходного излучения, так и интерференцию между указанными механизмами излучения. Более того, в случае достаточно больших энергий излучающих частиц вклады переходного и параметрического механизмов реализуются в разных областях углов наблюдения, поэтому их можно рассматривать независимо (именно такая ситуация типична для экспериментов по поиску ПРИ вперед).

Окончательное выражение для спектрально-углового распределения числа излученных квантов может быть представлено в виде

л2

й>~

я _

с1йх1ге

=ИдН

\АТ,*+А

РХЯ

,гп

= _£_© (_1___1 \

2 я у'2-^О1 + аЦ <х>2 )

I 3«+и

®лХА

(2)

6)Ь

2п у-2 +02 +а>1/о)2

. +

где ©, = ©¿, ©2 = ©и — угловые переменные, а важные величины <т±

определяются формулой соЬ

2соэ <р

,,-г

(О

1а>\ах

Главным результатом исследований является установление важной роли динамических эффектов в переходном излучении релятивистских электронов в кристалле, обуславливающих возникновение в спектрально-

угловом распределении переходного излучения резкого пика, который может быть принят в эксперименте за пик ПРИ вперед. Не менее важным с точки зрения правильной постановки эксперимента по поиску ПРИ вперед является вывод о преимуществах использования толстого кристалла, в котором отсутствует интерференция волн переходного излучения от входной и выходной поверхностей кристалла.

Мы рассмотрели частный случай решения (2), соответствующий большим значениям энергии излучающих электронов, когда выполняется условие

/2оь7й>|»1. о)

Этот случай представляет особый интерес, поскольку при выполнении условия (3) вклады ПРИ и переходного излучения практически разделяются. В самом деле, переходное излучение сосредоточено в основном в области углов наблюдения ©^ . С другой стороны, угловое распределение ПРИ имеет характерный провал в области углов

переходного излучения полностью попадает в область провала в угловом распределении ПРИ, так что обсуждаемые механизмы излучения практически не интерферируют в условиях (3).

Спектрально-угловое распределение переходного излучения описывается в рассматриваемых условиях простой формулой

е2 ®2,

ц ЛТД _ С т /с ч

dad © я (г~2+©2 Г Т0 = [cos(r + гд&)- «ю(гд V^i+l)]2 +

sin(r + тл£а)~ ,f/ sin(r^Vd+l) ViA+l

<°lL _ G>lLax

T —-, Fi =-.

2й)в cos (p 2coB cos <p Величина Г0 рассматривается как функция быстрой переменной (й), ©л)> поэтому частота а) в (4) всюду положена равной брэгговской частоте юв. Таким образом, формула (4) позволяет описать свойства переходного излучения в окрестности оу = 0)в> где изменение амплитуды излучения (4) описывается именно функцией

Результат (4) показывает возможность получать очень узкий спектрально пик переходного излучения, используя интерференцию волн, испущенных на входной н выходной поверхностях кристалла. Дейсгвитель-

но, выбирая толщину кристалла Ь такой, чтобы выполнялось условие интерференционного подавления обычного «аморфного» переходного излучения в окрестности брэггоаской частоты

(о1

т = -ftg<p = 2mг, п = 0,±\,..., (5)

мы получаем асимптотику —> 0 при »1 в соответствии с формулой (4). С другой стороны, пиковое значение функции Г0 в точке = О определяется формулой

7^(0, 2т, гл) = (1-созгя)2. (6)

Рис. 1. Спскгралыю-угловое распределение переходного излучения. 1: г = 2тг 2: г = 2я

^ =6; гх =3,14.

Функция 2я", тл),

рассчитанная по формуле (6), приведена на Рис. 1. Природа предсказываемого динамического пика в переходном излучении связана с известным свойством дифракции рентгеновских лучей в кристалле, называемым маятниковым решением. Волна переходного излучения, испущенная на входной поверхности кристаллической мишени, испытывает динамическую дифракцию в процессе распространения в кристалле. При этом на глубине, равной длине экстинкции, первичная волна полностью рассеивается во вторичную волну, распространяющуюся в брэгговском направлении. Затем происходит рассеивание вторичной волны обратно в первичную. Таким образом, форма пика зависит от соотношения между фазами первичной волны переходного излучения, испытавшей динамическую дифракцию в кристалле, и волны переходного излучения, испущенной на выходной поверхности кристаллический мишени.

Описанный пик вполне может быть принят в эксперименте за пик ПРИ вперед, что и имело место в первоначальной интерпретации данных измерений в первом успешном эксперименте по поиску обсуждаемого механизма излучения (Майнц). Настоящее исследование объясняет природу наблюденного пика.

Вторая глава диссертации посвящена непосредственному расчету эксперимента по поиску ПРИ вперед в условиях, когда длина фотопоглощения оказывается меньше толщины мишени (Томск). При этом отсутствуют сложности, обусловленные динамическими эффектами в интерфе-

ренции волн переходного излучения от входной н выходной поверхностей мишени, однако резко возрастает роль многократного рассеяния излучающих электронов. Влияние многократного рассеяния (МР) оказывается многосторонним. Прежде всего, МР приводит к размыванию лика ПРИ вперед по углам наблюдения и частотам, что резко ухудшает условия измерения пика на широкополосном фоне от тормозного излучения. Кроме этого, именно МР является причиной возникновения тормозного фона, так что с ростом толщины мишени происходит уменьшение важного соотношения сигнал/фон. Особенностью процесса генерации тормозного фона в рассматриваемой задаче является когерентное рассеяние тормозных квантов на той же системе кристаллографических плоскостей, что ответственна за возникновение ПРИ вперед. Благодаря указанному обстоятельству в спектре тормозного фона (этот фон представляет собой плато) появляется провал именно в области частот в окрестности частоты Брэгга, где и сосредоточен вклад ПРИ вперед. Как следствие, форма результирующего спектра определяется конкуренцией вкладов тормозного излучения и ПРИ вперед.

В главе приводятся результаты теоретического анализа процесса излучения релятивистских электронов в толстом поглощающем кристалле. Следует отметить, что влияние МР на ПРИ рассматривалось ранее теоретически и экспериментально, однако во всех работах, выполненных ранее, исследовалось ПРИ в брэгговском направлении. В данном случае МР приводит к дополнительному вкладу в выход ПРИ (так называемое дифрагированное тормозное излучение). Неожиданная ситуация, когда форма спектра результирующего излучения может меняться от пика до провала исследуется впервые.

В работе получена общая формула (ввиду громоздкости формула не приводится в автореферате), описывающая совместный вклад ПРИ вперед и тормозного излучения. Переходное излучение, генерируемое на выходной поверхности кристалла, не зависит от структуры решетки и вносит вклад в фон, причем в окрестности брэгговской частоты этот фон приблизительно постоянен.

Главным результатом проведенных исследований является доказательство адекватности выполненных экспериментальных измерений, показавших зависимость формы сигнала от значения частоты Брэгга, варьируемой с помощью изменения угла ориентации излучающего электрона относительно отражающей кристаллографической плоскости. Результаты расчета демонстрируются кривыми, приведенными на Рис. 2, Рис. 3 и описывающими ориентационную зависимость выхода излучения в случае малого значения брэгговской частоты (Рис. 2), когда вклад тормозного излучения подавлен эффектом Тер-Мнкаэляна и выход определяется фоном от переходного излучения и пиком ПРИ вперед, а также в случае большого значения брэгговской частоты, когда превалирует вклад тормозного излучения, подавленного в направлении строго вперед вследствие дифракционных потерь (Рис, 3).

-0.4 -0.2 0

0.4 -0.4 -0.2 0

0.2

®(тЯа<0

Рис. 2. Спектрально-угловое распре- Рис. 3. Спектрально-угловое рас-дел ение излучения в случае прояв- пределение излучения в случае

Третья глава диссертации посвящена анализу нового направления в физике ПРИ, соответствующего процессу ПРИ в условиях проявления эффекта Вавилова-Черенкова. Идея данного направления возникла в связи С анализом причин малого влияния эффектов динамической дифракции на свойства обычного ПРИ (динамическая теория ПРИ, а также интерпретация динамических эффектов являлись предметом исследования многих работ. Как выяснилось, основными причинами малости динамических эффектов являются эффект плотности и отличие дисперсии первичного фотона (псевдофотона кулоновского поля быстрого электрона) от дисперсии свободного вторичного фотона ПРИ. Благодаря указанным причинам, первичный и вторичный фотоны не могут точно образовать стоячую волну, необходимую для проявления динамических эффектов. Ясно, что в условиях проявления эффекта Вавилова-Черенкова первичный черенковский фотон и вторичный дифрагированный фотон ПРИ имеют одинаковую природу и могут поэтому образовывать точно стоячую волну. При этом возрастает роль динамической дифракции. В частности, становится значительным одни из основных таких эффектов — эффект аномального фотопоглощения. Именно указанный эффект, имеющий исключительную важность для увеличения выхода источников рентгеновского излучения, основанных на механизме ПРИ, исследуется в диссертации.

В работе получены и проанализированы общие выражения для сечения ПРИ релятивистских электронов в кристалле, в условиях когда брэг-говская частота, в окрестности которой сосредоточен спектр ПРИ, попадает в область края фотопоглощения материала мишени, где диэлектрическая восприимчивость мишени может стать положительной. Спектрально-угловое распределение ПРИ было получено в виде

ления эффекта Тер-Микаэляна.

превалирования вклада тормозного излучения.

где принятые обозначения аналогичны использованным выше. Однако крайне существенным является использование точного выражения для диэлектрической восприимчивости кристалла

Коэффициент Рх \х'а ~~ Хь^л в (7) описывает влия-

ние эффектов динамической дифракции на ПРИ. Легко убедиться, что результат (7) совпадает с хорошо известной кинематической формулой ПРИ

в пределе д «1. При выполнении условия у2Рх > 1 роль указанных эффектов может существенно возрастать. В частности, растет влияние эффекта аномального фотопоглощения при значении коэффициента

= - ¿¿^П^Г-^ ~ Хь)<*х!х1 блИЗКОМ (НО

ном) к единице. ;

Главный результат выполненных исследований заключается в установлении возможности существенного роста выхода ПРИ в условиях модификации эффекта аномального фотопоглощения, происходящей в случае преодоления излучающей частицей черенковского порога. Данный результат может быть использован при создании эффективных источников рентгеновского излучения. I

Четвертая глава диссертации посвящена анализу неожиданного эффекта в физике ПРИ, заключающегося в монохроматизации рефлекса ПРИ в условиях скользящего падения излучающего релятивистского электрона на отражающую кристаллографическую плоскость и существенном отклонении оси фотонного коллиматора, входящего в измерительный комплекс, от направления брэгговского рассеяния. Принято считать, что при отклонении направления распространения кванта ПРИ от брэгговского направления интенсивность ПРИ резко падает. Этот вывод оказывается верным (как показано во многих экспериментах и теоретических работах ) в обычно рассматриваемых условиях, когда угол ориентации скорости излучающего электрона относительно отражающей кристаллографической плоскости не является малым (величина угла должна существенно превышать

значение у — Лоренц-фактор нзлучаюшего электрона). Однако в наших исследованиях было показано, что в угловом распределении ПРИ в случае скользящего падения электрона на отражающую плоскость возникает длинный "хвост". Проведенный анализ спектра рефлекса ПРИ в об-

не рав-

ласти "хвоста" показал, что кинематические законы сохранения обуславливают резкое уменьшение ширины спектрального пика по сравнению с шириной пика ПРИ в обычных условиях.

В исследованиях использовался простой кинематический вариант теории ПРИ. Основанием для такого использования служит большая величина расстройки брэгговского резонанса я рассматриваемых условиях, что практически исключает проявление динамических эффектов. Конечная формула для спектрального распределения интенсивности ПРИ выражается через универсальную функцию

е2й>2

1 + Г

Ф^'^ЩУ.--------*±У

1 х-у

2у

+ + -

и-Ос+у-ь/уН

х+у, 2у

(8)

х +(г+.у-г)2

— №

где х = уу/ — нормированный угол между направлением вылета фотона и отражающей кристаллографической плоскостью, у — УФ — нормированный угол ориентации скорости электрона относительно плоскости, х = — нормированный угловой размер коллиматора,

Р± =*х+у±

ЩУ'-

г^ = ■

со

№

_ Рис. 4. Эффект монохроматнзации ПРИ.

Кривые на Рис. 4 демонстрируют в полном соответствии с приведенными выше формулами эффект резкого уменьшения ширины спектра ПРИ. Данный эффект может представлять существенный интерес с точки зрения решения проблемы создания эффективного источника квазимонохроматического рентгеновского излучения.

В заключен»» сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.Прн теоретическом исследовании свойств рентгеновского излучения релятивистских электронов, пересекающих кристаллическую мишень конечной толщины, следует полную амплитуду излучения представить в виде суммы амплитуды параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости быстрого электрона и амплитуды переходного излучения, испытывающего динамическую дифракцию в кристалле. В рамках предлагаемого подхода удается избежать потери вклада переходного излучения при асимптотическом переходе от обшей формулы для спектрально-углового распределения полного излучения в кристалле конечной толщины к соответствующей формуле, справедливой для формально бесконечного кристалла и учитывающей только полюсный вклад.

расположен в области углов наблюдения 0 » в отличие от максимума ПРИ вперед, расположенного в области углов О ~ Ф0/сов » у"1 (последнее равенство необходимо для формирования пика ПРИ вперед). Указанное обстоятельство позволило правильно интерпретировать результаты эксперимента по поиску ПРИ вперед, выполненного в Майицс.

3. Форма спектра переходного излучения в окрестности брэгговской частоты резко зависит от параметров задачи, что делает трудноконтролируем ьш учет переходного излучения в указанной области частот, в которой проявляется эффект ПРИ вперед. Поэтому более правильно в эксперименте по поиску ПРИ вперед использовать толстый кристалл, толщина которого превышает длину фотопоглощения материала мишени. При этом следует проводить измерения вдали от условий проявления эффекта аномального фотопоглощения.

4. Развита модель процесса генерации ПРИ вперед релятивистскими электронами в кристалле с толщиной, превышающей дли чу фотопоглощения. Модель учитывает вклады собственно ПРИ вперед, переходного излучения и тормозного излучения, модифицированного дифракцией тормозных квантов на той же системе атомных плоскостей кристалла, которая ответственна за возникновение ПРИ вперед.

Форма спектра суммарного излучения в окрестности брэгговской частоты существенно зависит от значения параметра ущ /€ов. В случае уа>0 /й>д < 1 основной вклад в выход излучения вносит тормозное излучение, подавленное в окрестности брэгговской частоты за счет дифракции тормозных квантов. При этом результирующий спектр имеет форму плато с провалом в области <у " со д.

6. Форма спектра полного излучения в случае ущ/а>в > 1 определяется в основном вкладом переходного излучения, формирущего плато, и вкладом ПРИ вперед, реализующегося в виде пика. Вклад тормозного излучения подавлен за счет эффекта Тер-Микаэляна. В результате полный спектр излучения имеет форму плато с пиком.

7. Следующие из развитой модели особенности ПРИ вперед позволили объяснить неожиданные результаты измерений, выполненных в первом успешном эксперименте го поиску обсуждаемого эффекта, поставленном на синхротроне «Сириус» НИИ ЯФ "ГПУ.

8. В соответствии с проведенным анализом, свойства ПРИ могут модифицироваться весьма существенно в области частот, в которой диэлектрическая восприимчивость мишени становится положительной. Только одна из двух возможных ветвей решений дисперсионного соотношения для электромагнитных волн, возбуждаемых в условиях брэгговского резонанса, вносит вклад в формирование выхода ПРИ в условиях, когда излучающая частица не преодолевает черенка вскнй порог. Тем не менее, свойства излучения резко зависят от знака функции %$(#>).

9. Влияние эффектов динамической дифракции возрастает существенно в случае х$(в))>0 (более точно Хо(йд>У~2У При этом спектрально-угловая плотность излучения подавляется в области малых углов наблюдения, но локальная плотность резко возрастает. ПРИ в условиях

0г — >Хо~У~2 является наиболее привлекательным с точки зрения генерации интенсивности пучков остронаправленного рентгеновского излучения.

10. Излучение, возбуждаемое в условиях, когда излучающий электрон преодолевает черенковский барьер, соответствует дополнительной ветви решений дисперсионного соотношения. Основным отличительным свойством обсуждаемого излучения является его весьма узкое угловое распределение по сравнению с обычным ПРИ, или ПРИ в окрестности края фотопоглощения, но до черенковского порога.

(/ — Лоренц-фактор частицы). В области больших углов наблюдения в распределении-возникает длинный "хвост", отсутствующий в распределе-

нии обычного ПРИ, реализующийся в области углов ориентации, больших по сравнению с .

12. Спектральное распределение рефлекса ПРИ в области малых углов ориентации и сравнительно больших углов наблюдения отличается весьма узкой шириной. Данный эффект является следствием законов сохранения н импульса в процессе излучения и реализуется только вдали от условия брэгговского резонанса.

Основное содержание исследования отражает публикация в издании по перечню ВАК:

1. On the parametric X-rays along the velocity of an emitting particle / V. Likhachev, N. Nasonov, A. Tulinov, P. Zhukova // Вестник Воронежского государственного университета. -2005. - № 2. - С. 98103.

публикации в центральных рецензируемых изданиях:

2. Cherenkov effect and parametric X-rays / A. Kubankin, V. Likhachev, N. Nasonov, A. Rakitjansky, P. Zhukova // Nuclear Instruments and Methods B. - 2006. - V. 251. - P. 124-130.

3. On X-ray sources based on Cherenkov and Quasi-Cherenkov emission mechanisms / C. Gary, V. Kaplin, A. Kubankin, V. Likhachev, N. Nasonov, M. Pestrup, S.Uglov it NATO Science Series. Physics, Mathematics and Chemistry. — Netherland : Springer, 2006. — P. 235265.

препринт Национальной лаборатории ядерной физики Италии

4. Nasonov, N. Modification of Radiation Processes by Relativistic Particles in Thin Targets due to Transition Radiation / N. Nasonov, V. Likhachev, S. Dabagov //LNF 06/09 (P) 1. - Frascati, March 2006. -27 p.

а также тезисы докладов на международных конференциях:

5. On X-ray source based on multipasses of emitting electron beam through internal target in circular accelerator / С. K. Gary, V. V. Kaplin,

A. S. Kubankin, V. A. Likhachev, N. N. Nasonov, M. A. Piestrup, S. R. Uglov // Abstracts of International Symposium "Many-Particle Effects in Radiation Physics 04й. - Belgorod, 2004. - P. 69.

6. Лихачев, В. А. ПРИ релятивистских электронов, движущихся в кристалле под малым углом к отражающей плоскости /

B. А. Лихачев, Н. Н. Насонов, В. А. Насонова // Тезисы докладов XXXVI международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами / МГУ. - М., 2006. - С. 71.

7. Лихачев, В. А. Особенности параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости излучающих электронов / В.А.Лихачев, Н. Н. Насонов, В. А. Насонова // Тезисы докладов XXXV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц С кристаллами / МГУ. - М., 2005. - С. 82.

8. Параметрическое рентгеновское излучение релятивистских электронов в условиях эффекта Вавилова-Черенкова / А. С. Кубанкин,

B. А. Лихачев, Н. Н. Насонов, П. Н. Жукова // Тезисы доклада IV-й конференция по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям, Харьков, 27 февр. — 3 марта 2006 г. - Харьков, 2006. -

C. 23.

9. New possible areas of the development of PXR / A, S. Kubankin, V. A. Likhachev, N. N. Nasonov, P. N. Zhukova // Abstracts of 2nd International Conference on QUANTUM ELECTRODYNAMICS AND STATISTICAL PHYSICS, Kharkov, 19-23 September 2006, NSC K1PT. - Kharkov, 2006. - P. 49.

Подписано в печать 17.11.2006. Формат 60x84/16. Гарнитур3- Times. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ Ла 289.

Оригинал-макет подготовлен и тиражирован в издательстве Белгородского государственного университета 308015, г. Белгород, ул. Победы. 85

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Лихачев, Виталий Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Вклад переходного излучения в формирование ПРИ вдоль скорости излучающего электрона.

1.1. Амплитуда переходного излучения релятивистских электронов в кристалле в окрестности брэгговского резонанса.

1.2. Спектрально-угловое распределение переходного излучения в случае тонкого непоглощающего кристалла.

1.3. Переходное излучение в толстом кристалле. Эффект аномального фотопоглощения в переходном излучении.

1.4. Вклад ПРИ.

1.5. Выводы.

Глава 2. Конкуренция вкладов тормозного и параметрического механизмов излучения в формирование выхода квазичеренковского излучения релятивистских электронов в кристалле.

2.1. Интенсивность когерентного рентгеновского излучения релятивистских электронов в неограниченном кристалле.

2.2. Полный выход излучения из толстого поглощающего кристалла.

2.3. Свойства квазичеренковского излучения релятивистских электронов, пересекающих толстый кристалл.

2.4. Выводы.

Глава 3. Параметрическое рентгеновское излучение в условиях проявления эффекта Вавилова-Черенкова.

3.1. Амплитуда излучения релятивистского электрона в кристалле.

3.2. ПРИ и дифрагированное черенковское излучение.

3.3. Результаты численного анализа.

3.4. Выводы.

Глава 4. Особенности ПРИ в области малых углов ориентации скорости излучающих электронов относительно отражающей кристаллографической плоскости.

4.1. Спектрально-угловое распределение ПРИ при скользящем падении электрона на отражающую кристаллографическую плоскость.

4.2. Асимметрия углового распределения ПРИ в области малых углов ориентации.

4.3. Эффект монохроматизации ПРИ.

4.4. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Влияние тормозного, переходного и черенковского механизмов на параметрическое рентгеновское излучение"

Актуальность работы. Развитие современной твердотельной электроники характеризуется уменьшением пространственного масштаба создаваемых устройств. В настоящее время происходит освоение новой перспективной области физических процессов, протекающих в объеме с характерным линейным размером порядка 10"9 м. Как следствие, для создания и диагностики устройств наноэлектроники требуются пучки квазимонохроматического остронаправленного рентгеновского излучения (такие пучки необходимы также для развития современных технологий в области медицины, биологии, исследовании материаловедческих проблем и т.д.).

Среди многочисленных механизмов излучения быстрой частицы в среде в качестве одного из наиболее вероятных претендентов на альтернативу синхротронному излучению выступает так называемое параметрическое рентгеновское излучение (ПРИ) релятивистских электронов в кристалле [1-4]. ПРИ возникает вследствие когерентного брэгговского рассеяния кулоновского поля быстрого электрона на периодических неоднородностях электронной плотности кристалла. Уникальными свойствами ПРИ являются чрезвычайная узость спектра (порядка эВ и менее без учета многократного рассеяния), малая ширина углового распределения рефлекса (порядка , у — Лоренц-фактор излучающей частицы), возможность плавной перестройки энергии излучаемых квантов, достигаемой простым поворотом кристаллической мишени относительно пучка быстрых электронов. Тем не менее, ПРИ до настоящего времени не используется широко в фундаментальных и прикладных исследованиях вследствие малой интенсивности. Поэтому в настоящее время происходят интенсивные поиски новых возможностей увеличения выхода ПРИ [5-15]. Кроме того, одновременно с ПРИ движущийся в кристалле электрон генерирует фотоны, благодаря ряду других механизмов излучения, интерференция которых с ПРИ приводит к существенному изменению характеристик результирующего излучения [16-20]. При этом оказываются возможными как увеличение, так и подавление интенсивности излучения, поэтому проводимый в работе анализ обсуждаемых интерференционных явлений в ПРИ является весьма актуальным.

Целью работы является исследование влияния на свойства ПРИ интерференционного вклада тормозного, переходного и черенковского механизмов излучения, а также теоретическая интерпретация на основе развиваемых моделей имеющихся экспериментальных данных.

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

- Вклад переходного излучения в формирование выхода ПРИ вдоль скорости излучающего электрона.

- Конкуренция вкладов тормозного и параметрического механизмов излучения в выход ПРИ вдоль скорости излучающего электрона.

- ПРИ в условиях эффекта Вавилова-Черенкова.

- Особенности ПРИ в области малых углов ориентации скорости излучающих электронов относительно отражающей кристаллографической плоскости.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

- Впервые показана возможность возникновения острого пика в переходном излучении релятивистских электронов в кристалле конечной толщины, обусловленная проявлением эффектов динамической дифракции. На основе развитой теории дана физическая интерпретация результатов выполненного в Майнце эксперимента, посвященного обнаружению ПРИ вперед.

- Впервые развита количественная теория ПРИ вперед в толстом кристалле с учетом многократного рассеяния. На основе развитой теории дана физическая интерпретация результатов выполненного в Томске эксперимента по поиску ПРИ вперед. В частности, объяснена природа обнаруженного неожиданного эффекта зависимости формы сигнала от брэгговской частоты.

- Впервые показана возможность увеличения выхода ПРИ за счет модификации эффекта Бормана в условиях проявления явления Вавилова-Черенкова.

- Впервые показана возможность существенной монохроматизации ПРИ в условиях скользящего падения излучающих электронов на отражающую кристаллографическую плоскость.

Достоверность полученных в диссертации результатов обеспечивается применением апробированных методов математической физики, аналитической формой большинства результатов, позволившей осуществить предельные переходы к полученным ранее известным результатам других авторов, ясной физической интерпретацией конечных результатов проведенного анализа, согласием основных результатов диссертации с данными выполненных в Майнце и Томске экспериментов.

Практическая значимость:

- Результаты анализа переходного излучения релятивистских электронов в кристалле конечной толщины позволили правильно интерпретировать данные принципиального эксперимента по поиску ПРИ вперед, проведенного в Майнце. Показано, что в обсуждаемом эксперименте не обнаружен искомый эффект.

- Результаты анализа ПРИ вперед позволяют объяснить неожиданный эффект зависимости формы сигнала (пик в спектральном распределении излучения сменялся на провал) от значения брэгговской частоты, обнаруженный в эксперименте по поиску ПРИ вперед, выполненному в Томске.

- Результаты анализа ПРИ в условиях эффекта Вавилова-Черенкова показывают возможность существенного увеличения выхода ПРИ, что позволяет повысить эффективность источников рентгеновского излучения, основанных на механизме ПРИ.

- Результаты анализа ПРИ в условиях скользящего падения излучающих электронов на отражающую кристаллографическую плоскость показывает возможность существенной монохроматизации спектра рефлекса ПРИ, что важно с точки зрения создания источников квазимонохроматического рентгеновского излучения. Кроме этого, данный результат открывает новую область исследований в физике ПРИ — ПРИ вдали от условий брэгговского резонанса.

Положения, выносимые на защиту:

1.В спектре переходного излучения релятивистских электронов, пересекающих кристалл конечной толщины, возникают существенные аномалии в окрестности брэгговской частоты вследствие изменения фазовых соотношений между волнами, возбуждаемыми на входной и выходной поверхностях кристалла. Указанные изменения происходят, благодаря динамической дифракции в кристалле волны, излученной на входной поверхности мишени. В частности, в определенных условиях в спектре излучения возникает узкий пик, который может быть принят в эксперименте за пик параметрического рентгеновского излучения вперед.

2. Форма спектра излучения релятивистки электронов из толстого кристалла в эксперименте брэгговского резонанса определяется конкуренцией вкладов ПРИ вперед, имеющего форму пика, и тормозного излучения, подавленного в окрестности брэгговской частицы вследствие дифракционных потерь и имеющего поэтому форму плато с провалом. В зависимости от соотношения, определяемого значением брэгговской частицы, спектр результирующего излучения имеет форму пика, или провала. Вклад переходного излучения сказывается только на высоте плато.

3. Роль эффекта аномального фотопоглощения в ПРИ существенно возрастает в условиях черенковского эффекта. Данное обстоятельство обусловлено одинаковой природой первичного черенковского фотона и вторичного фотона ПРИ, что обеспечивает точное образование стоячей волны указанными фотонами, необходимой для проявления обсуждаемого эффекта аномального поглощения. В результате резко возрастает выход ПРИ.

Апробация работы. Результаты настоящей диссертации апробированы на 35 и 36 международных конференциях по физике взаимодействия быстрых заряженных частиц с кристаллами (г. Москва, МГУ, 2005 и 2006); на международной конференции "Many-Particle Effects on Radiation Physics 04", (г. Белгород, 2004); на 4 международной конференции по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям, (г. Харьков, 2006); на международной конференции "Quantum Electrodynamics and Statistical Physics", (г. Харьков, 2006).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в работах [49, 50, 65, 66, 82, 83, 84, 86, 87].

Личный вклад автора состоит в выполнении всех численных расчетов по теме диссертации, проведении большей части аналитических исследований под руководством руководителя диссертации, участием в постановке рассмотренных задач и интерпретации полученных результатов, а также в написании текстов публикаций. Текст диссертации и автореферата написан автором.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Полный объем работы

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

4.4. Выводы

1. Угловое распределение ПРИ становится резко ассиметричным в области малых углов ориентации скорости излучающей частицы относительно отражающей кристаллографической плоскости, сравнимых с у~] (у — Лоренц-фактор частицы). В области больших углов наблюдения в распределении возникает длинный "хвост", отсутствующий в распределении обычного ПРИ, реализующийся в области углов ориентации, больших по сравнению с .

2. Спектральное распределение рефлекса ПРИ в области малых углов ориентации и сравнительно больших углов наблюдения отличается весьма узкой шириной. Данный эффект является следствием законов сохранения и импульса в процессе излучения и реализуется только вдали от условия брэгговского резонанса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенный анализ процессов рентгеновского излучения релятивистских электронов в упорядоченных конденсированных средах позволяет сформулировать следующие выводы:

1.При теоретическом исследовании свойств рентгеновского излучения релятивистских электронов, пересекающих кристаллическую мишень конечной толщины, следует полную амплитуду излучения представить в виде суммы амплитуды параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости быстрого электрона и амплитуды переходного излучения, испытывающего динамическую дифракцию в кристалле. В рамках предлагаемого подхода удается избежать потери вклада переходного излучения при асимптотическом переходе от общей формулы для спектрально-углового распределения полного излучения в кристалле конечной толщины к соответствующей формуле, справедливой для формально бесконечного кристалла и учитывающей только полюсный вклад.

2. Динамическая дифракция распространяющейся в кристалле волны переходного излучения, излученной на входной поверхности кристалла, резко меняет фазовые соотношения между этой волной и волной, излученной быстрым электроном на выходной поверхности мишени. Эффект реализуется только в узкой окрестности вблизи частоты Брэгга и может проявиться, в частности, в виде возникновения весьма острого и интенсивного изолированного рефлекса переходного излучения, расположенного на подложке, высота которой определяется условиями интерференции для указанных волн обычного переходного излучения. В частности, подожка может отсутствовать в области частот, значительно превышающей спектральную ширину динамического пика. Максимум обсуждаемого пика расположен в области углов наблюдения 0 « в отличие от максимума ПРИ вперед, расположенного в области углов в ~щ1СОв » у~1 (последнее равенство необходимо для формирования пика ПРИ вперед). Указанное обстоятельство позволило правильно интерпретировать результаты эксперимента по поиску ПРИ вперед, выполненного в Майнце.

3. Форма спектра переходного излучения в окрестности брэгговской частоты резко зависит от параметров задачи, что делает трудноконтролируемым учет переходного излучения в указанной области частот, в которой проявляется эффект ПРИ вперед. Поэтому более правильно в эксперименте по поиску ПРИ вперед использовать толстый кристалл, толщина которого превышает длину фотопоглощения материала мишени. При этом следует проводить измерения вдали от условий проявления эффекта аномального фотопоглощения.

4. Развита модель процесса генерации ПРИ вперед релятивистскими электронами в кристалле с толщиной, превышающей длину фотопоглощения. Модель учитывает вклады собственно ПРИ вперед, переходного излучения и тормозного излучения, модифицированного дифракцией тормозных квантов на той же системе атомных плоскостей кристалла, которая ответственна за возникновение ПРИ вперед.

5. Форма спектра суммарного излучения в окрестности брэгговской частоты существенно зависит от значения параметра уо)$1о)в. В случае уО)0 ¡0)в < 1 основной вклад в выход излучения вносит тормозное излучение, подавленное в окрестности брэгговской частоты за счет дифракции тормозных квантов. При этом результирующий спектр имеет форму плато с провалом в области (О « сов.

6. Форма спектра полного излучения в случае усо$ ¡СОв > 1 определяется в основном вкладом переходного излучения, формирущего плато, и вкладом ПРИ вперед, реализующегося в виде пика. Вклад тормозного излучения подавлен за счет эффекта Тер-Микаэляна. В результате полный спектр излучения имеет форму плато с пиком.

7. Следующие из развитой модели особенности ПРИ вперед позволили объяснить неожиданные результаты измерений, выполненных в первом успешном эксперименте по поиску обсуждаемого эффекта, поставленном на синхротроне «Сириус» НИИ ЯФ ТПУ.

8. В соответствии с проведенным анализом, свойства ПРИ могут модифицироваться весьма существенно в области частот, в которой диэлектрическая восприимчивость мишени становится положительной. Только одна из двух возможных ветвей решений дисперсионного соотношения для электромагнитных волн, возбуждаемых в условиях брэгговского резонанса, вносит вклад в формирование выхода ПРИ в условиях, когда излучающая частица не преодолевает черенковский порог. Тем не менее, свойства излучения резко зависят от знака функции

9. Влияние эффектов динамической дифракции возрастает существенно в случае 0 (более точно %'0 (со) > у~2). При этом спектрально-угловая плотность излучения подавляется в области малых углов наблюдения, но локальная плотность резко возрастает. ПРИ в

2 ^ 2 условиях в — ¡3л > Хъ ~У является наиболее привлекательным с точки зрения генерации интенсивности пучков остронаправленного рентгеновского излучения.

11. Угловое распределение ПРИ становится резко ассиметричным в области малых углов ориентации скорости излучающей частицы относительно отражающей кристаллографической плоскости, сравнимых с у~1 (у — Лоренц-фактор частицы). В области больших углов наблюдения в распределении возникает длинный "хвост", отсутствующий в распределении обычного ПРИ, реализующийся в области углов ориентации, больших по сравнению с .

12. Спектральное распределение рефлекса ПРИ в области малых углов ориентации и сравнительно больших углов наблюдения отличается весьма узкой шириной. Данный эффект является следствием законов сохранения и импульса в процессе излучения и реализуется только вдали от условия брэгговского резонанса.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Лихачев, Виталий Александрович, Белгород

1. Файнберг, Я. Б. О параметрическом рентгеновском излучении быстрых заряженных частиц в периодических средах / Я. Б. Файнберг,

2. H. А. Хижняк // ЖЭТФ. 1957. - Т. 32, № 4. - С. 883-885.

3. Тер-Микаэлян, М. JI. Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях / М. JI. Тер-Микаэлян. Ереван: Изд-во АН Армян. ССР, 1969.-457 с.

4. Гарибян, Г. М. Квантовая макроскопическая теория равномерно движущейся заряженной частицы в кристалле / Г. М. Гарибян, Ян Ши // ЖЭТФ. 1971. - Т. 61. - С. 930-943.

5. Барышевский, В. Г. О переходном излучении гамма-квантов в кристалле / В. Г. Барышевский, И. Д. Феранчук // ЖЭТФ. 1971. - Т. 61.-С. 944-948.

6. Baryshevsky, V. G. Parametric X-ray from ultrarelativistic electrons in crystal: theory and possibilities of practical utilization / V. G. Baryshevsky,

7. D. Feranchuk // J. Physique. 1983. - V. 44. - P. 913-933.

8. Агинян, M. А. Эффекты когерентности квазичеренковского излучения в кристаллах / М. А. Агинян, Янг Ши // Известия АН Армянской ССР. Сер. Физика. 1986. - Т. 21, вып. 55. - С. 280-283.

9. Nitta, Н. Kinematical theory of parametric X-ray radiation / H. Nitta // Phys. Lett. A. 1991. - V. 158. - P. 270-274.

10. Feranchuk, I. D. Theoretical investigation of parametric X-ray features / I. D. Feranchuk, A. I. Ivashin // J. Physique. 1985. - V. 46. - P. 19811986.

11. Nitta, H. Theory of coherent X-ray radiation by relativistic particles in single crystal / H. Nitta // Phys. Lett. B. 1992. - V. 45. - P. 7621-7627.

12. Nasonov, N. N. Borrmann effect in parametric X-ray radiation / N. N. Nasonov // Phys. Lett. A. 1999. - V. 260. - P. 391-394.

13. Artru, X. Parametric X-rays and diffracted transition radiation in perfect and mosaic crystals / X. Artru, P. Rullhussen // Nucl. Instr. Meth. B. -1998.-V. 145.-P. 1-7.

14. How intense is parametric x radiation? / S. Asano, I. Endo, M. Harada, S. Ishii, T. Kobayashi, T. Nagata, M. Muto, K. Yoshida, H. Nitta // Phys. Rev. Lett. 24 May 1993. - V. 70, is. 21. - P. 3247-3250.

15. Параметрическое рентгеновское излучение в области аномальной дисперсии / Ю. Н. Адищев, В. А. Верзилов, И. Е. Внуков, А. В. Вуколов, А. А. Киряков, А. П. Потылицын // Известия ВУЗов. Физика. 2001. - Т. 44, № 3. - С. 45-52.

16. X-ray production by 500 MeV electron beam in a periodically structured monocrystalline target of GaAs / V. V. Kaplin, S. I. Kuznetsov, N. A. Timchenko, S. R. Uglov, V. N. Zabaev // Nucl. Instr. Meth. B. -2001.-V. 173.-P. 238-240.

17. Caticha, A. Transition-diffracted radiation and the Cherenkov emission of X-rays / A. Caticha // Physical Review A Phys. Rev. A. 15 October 1989 1989. - V. 40, is. 8. - P. 4322-4330.

18. Baryshevsky, V. G. Coherent radiation of the channeling positrons (electrons) / V. G. Baryshevsky, I. Ya Dubovskaya // Phys. Stat. Sol. (b) 1977.-V. 82.-P. 403-412.

19. Imanishi, N. Dynamical diffraction effects in the transition of a relativistic electron crossing a thin crystal / N. Imanishi, N. Nasonov, K. Yajima // Nucl. Instr. Meth. B. 2001. - V. 173. - P. 227-237.

20. Investigation of the production mechanism of parametric X-ray radiation / K. H. Brenzinger, C. Herberg, B. Limburg et al. // Zeit. Fur Physik. 1997. -V. A358.-P. 107-114.

21. Krasilnikov, V. Relative contribution of real and virtual photon diffraction to the parametric X-ray yield / V. Krasilnikov, N. Nasonov, P. Zhukova // Nucl. Instr. Meth. B. 2005. - V. 227. - P. 55-62.

22. Baryshevsky, V. G. Parametric X-ray radiation at a small angle near the velocity direction of the relativistic particle / V. G. Baryshevsky // Nucl. Instr. Meth. B.- 1997.-V. 122.-P. 13-18.

23. An investigation of the parametric X-rays along the velocity of emitting particle / A. Kubankin, N. Nasonov, V. Sergienko, I. Vnukov // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2003. - V. 201. - P. 97-113.

24. Kubankin, A. Parametric X-rays along an emitting particle Velocity /

25. A. Kubankin, N. Nasonov, A. Noskov // Proceedings 8 Int. Russian-Japanese Symposium "Interaction of fast charged particles with solids" / Kyoto University. Japan, 2002. - P. 217-225.

26. Caticha, A. Quantum theory of the dynamical Cherenkov emission of X-ray / A. Caticha // Phys. Rev. B. 1 May 1992 1992. - V. 45, is. 17. - P. 95419551.

27. A search for dynamic radiation from crystals / C. L. Yuan Luke, P. W. Alley, A. Bamberger, G. F. Dell, H. Uto // Nucl. Instr. Meth. A. -1985.-V. 234.-P. 426-429.

28. Experimental search of parametric X-ray radiation in a silicon crystal at small angle near the velocity direction of relativistic electrons /

29. B. N. Kalinin, G. A. Naumenko, D. V. Padalko, A. P. Potylitsin, I. E. Vnukov // Nucl. Instr. Meth. B. 2001. - V. 173. - P. 253-261.

30. Forward diffracted parametric X radiation from a silicon single crystal / H. Backe, A. Rueda, W. Lauth, N. Glawiter, M. El-Ghazaly, P. Kunz, T\ Weber // Nucl. Instr. Meth. B. 2005. - V. 234. - P. 138-147.

31. Барышевский, В. Г. Каналирование, излучение и реакции в кристаллах при высоких энергиях / В. Г. Барышевский. Минск : Изд-во БГУ. -1982.-205 с.

32. Гарибян, Г. М. Рентгеновское переходное излучение / Г. М. Гарибян, Янг Ши ; АН Арм ССР, Ереван, физ. ин-т ГКАЭ СССР. Ереван : Изд-во АН Арм. ССР, 1983. - 320 с. : ил.

33. Garibian, G. M. Quasi-Cherenkov radiation in crystals / G. M. Garibian, C. Yang // Nucl. Instr. Meth. A. 1986. - V. 248. - P. 29-30.

34. Nitta, H. Theoretical notes on parametric X-ray radiation / H. Nitta // Nucl. Instr. Meth. 1996. - V. B115. - P. 401-404.

35. Базылев, В. А. Излучение быстрых частиц в веществе и во внешних полях / В. А. Базылев, Н. К. Жеваго. М. : Наука, 1987. - 268 с. : ил.

36. How Narrow is the Linewidth of Parametric X-Ray Radiation? / K.-H. Brenzinger, B. Limburg, H. Backe, S. Dambach, H. Euteneuer, F. Hagenbuck, C. Herberg, K.-H. Kaiser, O. Kettig, G. Kube, W. Lauth,

37. H. Schope, Th. Walcher // Phys. Rev. Lett. 29 September 1997. - V. 79, is. 13.-P. 2462-2465.

38. Kleiner, V. I. Interference between Parametric and Coherent Bremsstrahlung Radiation mechanisms of a Fast Charged Particles in a Crystal / V. I. Kleiner, N. N. Nasonov, A. G. Safronov // Phys. Stat. Sol.(b). 1994. - V. 181. - P. 223-231.

39. Nasonov, N. // Proc. of the NATO-ARW "Electron-Photon Interactions in Dense Media", Nor-Hamberg (Armenia) 2001 / ed. by H. Wiedemann, NATO Science Series II, v. 49, Kluwer Ac. Publ. 2002. P. 49-63.

40. Feranchuk, I. Dynamical effects for high resolution parametric X-radiation / I. Feranchuk, O. Lugovskaja // Advanced Radiation Sources and Applications / ed. Wiedemann H., Springer. 2006. - NATO Science Series.-V. 199. P. 17-26.

41. Zhevago, N. K. X-ray diffraction radiation from ultra-relativistic charged particles in superlattices / N. K. Zhevago, V. I. Glebov // Phys. Lett. A. -2003.-V. 309.-P. 311-319.

42. Dubovskaya, I. Angular distribution of parametric X-ray radiation in case of multiwave diffraction / I. Dubovskaya, Ba Ha Truong, Tien Hai Le Tien Hai // Phys. Stat. Sol. (b). 1991. - V. 165. - P.575-581.

43. Baryshevsky, V. G. Parametric X-radiation: from the theoretical predictions to the first observation and applications / V. G. Baryshevsky,

44. D. Feranchuk // Etudeson theoretical Physics / eds. L. M. Barkovsky, I. D. Feranchuk, Ya. M. Shnir. Singapore, 2004. - P. 377-394.

45. Baryshevsky, V. G. Parametric X-rays from ultrarelativistic electrons in a crystal: theory and possibilities of practical utilization / V. G. Baryshevsky, I. D. Feranchuk // J. de Physique. 1983. - V. 44. - P. 913-922.

46. Angular distribution of parametric X-rays / V. G. Baryshevsky, V. A. Danilov, О. I. Ermakovich et al. // Phys. Lett. 1985. - V. Al 10. -P. 177-179.

47. Спектры жесткого рентгеновского излучения электронов высокой энергии в кристалле под углом Брэгга / Д. И. Адейшвили, С. В. Блажевич, В. Ф. Болдышев и др. // Докл. АН СССР. 1988. - Т. 298.-С. 844-846.

48. Экспериментальное исследование квазичеренковского излучения электронов с энергией 4.5 ГэВ в алмазе / Р. О. Авакян, А. Э. Аветисян, Ю. Н. Адищев и др. // Письма в ЖЭТФ. 1987. - Т. 45. - С. 313-316.

49. Shchagin, А. V. Absolute differential yield of parametric X-ray radiation /

50. A. V. Shchagin, V. I. Pristupa, N. A. Khizhniak // Radiation of relativistic electrons in periodic structures : Proc. Int. Conf. / Tomsk Pol. University -Tomsk, Russia, 1993. P. 62-75.

51. Diffracted transition Radiation and Parametric X Radiation from Silicon Single Crystal Slabs / H. Backe, C. Ay, Th. Glawiter et al. // Proc. Symp. Channeling- Bent Crystals-Radiation Processes. Debrecen, EP Systema, 2003.-P. 41-58.

52. Nasonov, N. Modification of Radiation Processes by Relativistic Particles in Thin Targets due to Transition Radiation / N. Nasonov, V. Likhachev, S. Dabagov // LNF 06/09 (P) 1. Frascati, March 2006. - 27 p.

53. Лихачев, В. Особенности параметрического рентгеновского излучения вдоль скорости излучающих электронов / В. Лихачев, Н. Насонов,

54. B. Насонова // Тезисы докладов XXXV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами / МГУ. -М., 2005.-С. 82.

55. Пинскер, 3. Г. Динамическое рассеяние рентгеновских лучей в идеальных кристаллах. М.: Наука. -1984. - 286 с.

56. Battermann, G. Dynamical Diffraction of X Rays by Perfect Crystals / G. Battermann, H. Cole // Rev. Modern. Phys. July 1964. - V. 36, is. 3. — P. 681-717.

57. Чжан, Ш. Многоволновая дифракция рентгеновских лучей в кристаллах / Ш. Чжан. М.: Мир. - 1987. - 334 с. : ил.

58. Афанасьев, А. С. Параметрическое рентгеновское излучение в идеальных и мозаичных кристаллах / А. С. Афанасьев, М. А. Агинян // ЖЭТФ. 1978. -Т. 74. - С. 570-579.

59. Пинскер, 3. Г. Рентгеновская кристаллооптика / 3. Г. Пинскер. М. : Наука.- 1982.-392 с.: ил.

60. Пафомов, В. Е. Излучение заряженной частицы при наличии границ раздела / В. Е. Пафомов // Труды ФИАН. 1969. - Т. 44. - С. 28-167.

61. Гинзбург, В. JI. Переходное излучение и переходное рассеяние / В. J1. Гинзбург, В. Н. Цытович. М.: Наука. - 1984. - 360 с.

62. Рязанов, М. И. Введение в электродинамику конденсированного вещества. М. : Физматлит. - 2002. - 320 с.

63. Diffracted transition radiation and parametric X-radiation from silicon single crystal slabs / H. Backe, C. Ay, N. Clawiter et al. // Proc. Symp. Channeling-Bent Crystals-Radiation Processes, 2003. P. 41-58.

64. Об эффектах динамической дифракции в параметрическом излучении / В. П. Воронов, Н. В. Камышанченко, Н. Н. Насонов, В. А. Насонова // Ядерная Физика. 2000, Т. 63. - С. 2101 -2104.

65. Иверонова, В. И. Теория рассеяния рентгеновских лучей / В. И. Иверонова, Г. П. Ревкевич. М. : Изд во Моск. ун-та. - 1972. -246 с. : ил.

66. Borrmann G. Die absorption von Rôntgenstrahlen im fall der interferez // Z. Phys.- 1941.- V. 42.-P. 157.

67. Nasonov, N. On the effect of anomalous photoabsorption in the parametric X-rays / N. Nasonov // Phys. Lett. A. 2001. - V. 292. - P. 146-149.

68. On the parametric X-rays along the velocity of an emitting particle / V. Likhachev, N. Nasonov, A. Tulinov, P. Zhukova // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. "Физика. Математика.". -2005. № 2. - С. 98-103.

69. Барышевский, В. Г. Дифракционные явления в процессах спонтанного и коллективного излучения релятивистских заряженных частиц в кристаллах / В. Г. Барышевский, И. Я. Дубовская // Итоги науки и техники. 1992. - Т. 4. - С. 129-225.

70. Baryshevsky, V. G. Diffraction of Radiation from Channelled Charged Particles / V. G. Baryshevsky, A. O. Grubich, I. Ya. Dubovskaya // Physica Status Solidi (b). 1978. - V. 88. - P. 351-358.

71. Baryshevsky, V. G. On Photon Production by Channeled Electrons (Positrons) / V. G. Baryshevsky, A. O. Grubich, I. Ya. Dubovskaya // Physica Status Solidi (b). 1980. - V. 99. - P. 205-213.

72. Тамм, И. E. Когерентное излучение быстрого электрона в среде / И. Е. Тамм, И. М. Франк // ДАН СССР. 1937. - Т. 14. - С. 107.

73. Зрелов, В. П. Излучение Вавилова-Черенкова и его применения в физике высоких энергий : в 2 ч. М. : Атомиздат. - 1968.

74. Болотовский, Б. М. Излучение Вавилова-Черенкова // Успехи физических наук. 1957. - Т. 62. - С. 201-325.

75. Аматуни, А. Ц. Излучение заряженной частицы в. среде с периодически меняющейся плотностью / А. Ц. Аматуни, Н. А. Корхмазян // Изв. АН Арм. ССР. Физика. 1960. - Т. 2 - С. 5456.

76. Г. М. Гарибян, И. И. Гольдман // Докл. АН Арм. ССР. 1960. -Т. 31.-С. 211-225.

77. М. Л. Тер-Микаэлян // Докл. АН СССР. Физика. 1960. - Т. 134. - С. 318-321.

78. Ginzburg, V. L. Several problems of the theory of transition radiation and transition scattering / V. L. Ginzburg, V. N. Tsytovich // Physics Reports. -1979.-V. 49.-P. 1-89.

79. Holy, V. X-ray High-Resolution X-Ray Scattering From Thin Films and Multilayers / V. Holy, U. Pietsch, T. Baumbach. Berlin : Springer-Verlag, 1998.-V. 149.-256 P.

80. Feranchuk, I. D. Transition radiation from electrons: Applications to thin film and superlattice analysis / I. D. Feranchuk, A. Ulyanenkov // Phys. Rev. В.-15 April 2001 2001.-V. 63, is. 15.-Art. 155318

81. Law, С. T. X-ray transition radiation in a solid-state superlattice: photoabsorption, electron scattering, and radiation optimization / С. T. Law, A. E. Kaplan // Optics Letters 1987. - V. 12. - P. 900-903.

82. Dubovikov, M. S. Transition radiation and Bragg resonances / M. S. Dubovikov // Phys. Rev. A. September 1994. - V. 50, is. 3 - P. 2068-2074.

83. X rays from relativistic electrons in a multilayer structure / N. N. Nasonov, V. V. Kaplin, S. R. Uglov et al. // Phys. Rev. E. September 2003. - V. 68, № 3. - Art. 036504.

84. Cherenkov effect and parametric X-rays / A. Kubankin, V. Likhachev, N. Nasonov, A. Rakitjansky, P. Zhukova // Nuclear Instruments and Methods B. 2006. - V. 251. - P. 124-130.

85. Параметрическое рентгеновское излучение релятивистских электронов в условиях эффекта Вавилова-Черенкова / А. С. Кубанкин,

86. B. А. Лихачев, Н. Н. Насонов, П. Н. Жукова // Тезисы доклада IV-й конференция по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям, Харьков, 27 февраля-3 марта 2006 г. Харьков, 2006.1. C. 23.

87. X-ray interactions: photoabsorption, scattering, transmission and reflection at E =50-30000 eV, Z= 1-92. / B. Henke, B. Henke , E. Gullikson, J. Davis // Atomic Data and Nuclear Data Tables 1993. - V 54. - P. 181.

88. Angular distribution and energy dependence of parametric X-ray radiation / A. N. Didenko, Y. N. Adishchev, B. N. Kalinin et al. // Phys. Lett. A. -1986.-V. 118.-P. 363-365.

89. Nitta, H. Dynamical Effects on Parametric X-ray Radiation // Journal of the Society of Japan. 2000. - V. 60. - P. 3462-3465.

90. Dubovskaya, I. Y. Angular distribution of parametric X-ray radiation in case of multiwave diffraction / I. Y. Dubovskaya, Ba Ha Truong, Hai Le tien//Phys. Stat. Sol. (b).- 1991.-V.165.-P. 575-581.