В ондуляторе то же самое - мы видим макроскопическую траекторию. И кроме того, теорию лазера на свободных электронах можно строить как квантовую теорию (то есть фактически по Эйнштейну), а можно построить классическую теорию, используя чисто классический подход, рассмотрев, скажем, механизмы группировки электронов за счет действия электромагнитной волны и последующего когерентного электромагнитного излучения этих электронов.
Но тут всё же уместно отметить, что впервые идея о лазере на свободных электронах была высказана ещё в 1933 году Капицей Петром Леонидовичем и Дираком. Они рассмотрели теоретическую задачу рассеяния электрона на стоячей световой волне. По существу, это что-то вроде ондулятора. И тогда уже предсказали, что в такой системе возможно усиление этой волны за счет электронного пучка, взаимодействующего со стоячей волной.
У лазера на свободных электронах есть ещё одно преимущество.
Дело в том, что атом создан природой, частоты, на которых он излучает, фиксированы. Мы не можем залезть в структуру атома и изменить его частоты. А здесь мы можем перестраивать частоты, изменяя энергии электронов, меняя напряженности макроскопических полей (это в наших силах), то есть мы можем получать излучение на разных участках спектра.
Но, правда, есть и большой минус. Пучки электронов, к сожалению, значительно менее плотные, чем в лазерах на связанных электронах, и мощности всё же маловато здесь получается.
А.Г. Но зато это источник когерентного излучения.
В.Х. Да, да.
В.М. Это встроенные устройства для источников третьего поколения. Это то, что в Дубне строится, они начинают не с кольца накопителя, а с линейного ускорителя на выходе, которого стоит лазер на свободных электронах.
А здесь на картинке то, что было в «Курьере ЦЕРНа» рядом с маленьким синхротроном. Это современный европейский источник СИ, общеевропейский. Видите, рядом с ним маленькие автомобильчики? Это уже рентгеновский источник гигантских размеров. На нижнем рисунке показано, как с орбиты выводятся каналы синхротронного излучения. Это рентгеновский эксперимент. Двинемся дальше, чтобы успеть рассказать немножко про применение. Кому сказать, чтобы…
На следующем слайде показано, как выходит из поворотного магнита излучение, оно голубенькое, а дальше - биозащита. В рентгеновском источнике нужна, конечно, биозащита. На этом слайде показано, в каких областях применяют синхротронное излучение: в биологии, в литографии, в физике, в медицине…
А.Г. Это излучение, по сути дела, заменяет источники рентгеновского излучения.
В.М. Да, конечно, в молекулярной биологии, для рентгеноструктурных исследований белков размером в один ангстрем. Начиналось-то всё с твердого тела, а сейчас много работ по биологии. И у нас в стране есть группа, в Пущено, которая успешно этим занимается (А.А. Вазина). Применение для микролитографии, для микроэлектроники. Физика, конечно, тоже есть, про неё пока не будем.
А вот очень интересное применение в медицине. Казалось бы, почему такое сильное рентгеновское излучение в медицине, в диагностике, оказывается менее вредным, менее опасным, чем обычная трубка? С трубками используют весь спектр, а здесь можно использовать монохроматическое. Поэтому в интеграле радиационные нагрузки в сотни раз уменьшаются.
Следующий рисунок из немецкой книги про синхротронное излучение. Авторы пишут, что Ньютон ничего не знал о синхротронном излучении. Но то, что он открыл - дисперсия света - используется практически во всех спектральных приборах, которые устанавливаются в камерах синхротронного излучения. Вообще-то здесь специфика определения есть, очень много преимуществ, потому что параллельный пучок можно сразу ставить дифракционную решетку без входного коллиматора.
Пример на слайде - наша установка в Курчатовском институте для вакуумного ультрафиолета. А вот применение в медицине. Пациент сидит в кресле, которое перемещается по вертикали. Здесь показан пример двухцветной рентгеновской диагностики. Из ондулятора выходит излучение, два рентгеновских монохроматора дают разные длины волн. Одна длина волны - до максимума поглощения контрастора, который ввели. А другая - в максимуме контрастора. А дальше компьютер обрабатывает результаты, и на снимке остаются только сосуды. В Америке эта диагностика уже широко применяется.
А.Г. Но такой диагностический центр должен быть привязан, так или иначе, к синхротрону.
В.М. Да. Но в Японии их больше 20, там нет проблем, скорее труднее трубку поставить. Конечно, важно, что радиационные нагрузки меньше, а разрешение намного лучше.
Можно следующую картинку. Это перечисление других применений синхротронного излучения. Это и инвазивная ангегеография, и диагностика остеохондроза. Здесь, показано, как меняется структура костей у человека. Сначала кость крепкая, а потом она превращается в некую сетку. Причем это анимация, где видно, как это происходит, а снято всё на синхротроне.
Следующую картиночку. Здесь показано, что при исследовании синхротронным излучением твердого тела можно получить электроны с глубоких уровней. Это рентгеновские люминофоры, а дальше сцинтилляторы, то, что нужно для ядерной физики. Получается такой круг: сначала это излучение было для ядерной физики вредным, потом его стали применять. Теперь синхротронное излучение дает полезные результаты для ядерной физики, сцинтилляторы ведь для нее нужны.
А.Г. От вредного до необходимого.
В.М. Следующую картинку можно? Это пример наш. Мы исследовали вольфрамат свинца - это сцинтиллятор, который устанавливается в ЦЕРНе, в новом коллайдере, в двух детекторах. И там была та проблема, что не видели короткую компоненту. На синхротронном излучении был получен спектр возбуждения, было показано, что можно использовать очень короткое свечение экситона, и этот кристалл может работать как очень хороший сцинтиллятор. Синхротронное излучение позволило получить такой результат, а дальше они устанавливаются. На слайде детектор и для масштаба - человечек, я не знаю, видно человечка, это точка такая серая?
А.Г. Да, да, видно.
В.М. Высота в семиэтажный дом, таков размер детектора. Видно кольцо сиреневое - это сцинтилляторы.
А.Г. Тут возникает вопрос. Понятно, что в квантовой механике, в исследовании микромира, это может помочь очень сильно. А в наблюдательной астрономии?
В.М. В наблюдательной астрономии тоже. Черепащук не рассказывал, что они наблюдают объекты, которые могут излучать магнитно-тормозное излучение? В своей книге по астрофизике В.Л. Гинзбург много говорит о магнитотормозном излучении.
В.Х. Говорят, что напряженность магнитного поля нейтронной звезды (пульсара) была измерена благодаря регистрации синхротронного излучения электронов, движущихся в магнитном поле пульсара. Более точно, вблизи поверхности пульсара движение электронов вдоль силовых линий магнитного поля релятивистское, а в перпендикулярной силовым линиям плоскости - нерелятивистское. То есть вблизи пульсара, электроны излучают на циклотронной частоте (определяемой напряженностью магнитного поля) плюс релятивистский сдвиг частоты за счет эффекта Допплера. Поэтому по частотам электромагнитного излучения, приходящего от пульсара и регистрируемого на Земле, можно измерить напряженность магнитного поля нейтронной звезды.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63