Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 V. Synchrotronové záření KOTLÁŘSKÁ 28.DUBNA 2010 F4110 Kvantová fyzika atomárních soustav letní semestr 2009 - 2010.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 V. Synchrotronové záření KOTLÁŘSKÁ 28.DUBNA 2010 F4110 Kvantová fyzika atomárních soustav letní semestr 2009 - 2010."— Transkript prezentace:

1 1 V. Synchrotronové záření KOTLÁŘSKÁ 28.DUBNA 2010 F4110 Kvantová fyzika atomárních soustav letní semestr

2 Úvodem Naposledy bez Planckovy konstanty, i když … Odvolám se na znalosti z elektromagnetismu, optiky a relativity Synchrotronové záření (SZ) … experimentální nástroj Na jiném místě uslyšíte o výsledcích použití SZ Dnes: vlastnosti SZ a odpovídající konstrukci zdrojů Nádherná fyzika … ultrarelativistický elektron Vlastně další z Einsteinových hvězdných prací: ta nejhvězdnější

3 3 Synchrotronové záření SZ je netepelného původu: vzniká při pohybu velmi rychlých elektronů po drahách zakřivených magnetickým polem Na Zemi jsou zdroje SZ budovány jako urychlovače elektronů.

4 4

5 5

6 6 Rozšíření "photon factories" ve světě Hlavní hnízda: USA & Kanada Evropa & Rusko Asie Japonsko

7 7 Rozšíření "photon factories" ve světě Lund Daresbury Novosibirsk Grenoble Berlin Trieste Nový způsob práce big science ambulantní způsob práce mezinárodní centra role místního personálu legionáři vědy

8 8 akumulační prstenec lineární urychlovač 844 m urychlovací synchrotron svazek záření

9 9 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině

10 10 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině ANO, ALE PROČ JE SZ TAK ÚŽASNÉ? intensivní zdroj elmg. záření spektrální obor od radiofrekvencí do XUV až ultratvrdého RTG (mezní frekvence podle energie elektronů) záření je vysoce kolimované tečně k prstenci (rovnoběžný svazek) je téměř 100 % polarisované v rovině prstence má velmi výhodnou pulsní strukturu v čase (synchronní detekce) … dnes: fysikální podstata toho všeho

11 11 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině ANO, ALE PROČ JE SZ TAK ÚŽASNÉ? intensivní zdroj elmg. záření spektrální obor od radiofrekvencí do XUV až ultratvrdého RTG (mezní frekvence podle energie elektronů) záření je vysoce kolimované tečně k prstenci (rovnoběžný svazek) je téměř 100 % polarisované v rovině prstence má velmi výhodnou pulsní strukturu v čase (synchronní detekce) … dnes: fysikální podstata toho všeho

12 12 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině ANO, ALE PROČ JE SZ TAK ÚŽASNÉ? intensivní zdroj elmg. záření spektrální obor od radiofrekvencí do XUV až ultratvrdého RTG (mezní frekvence podle energie elektronů) záření je vysoce kolimované tečně k prstenci (rovnoběžný svazek) je téměř 100 % polarisované v rovině prstence má velmi výhodnou pulsní strukturu v čase (synchronní detekce) … dnes: fysikální podstata toho všeho

13 13 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině ANO, ALE PROČ JE SZ TAK ÚŽASNÉ? intensivní zdroj elmg. záření spektrální obor od radiofrekvencí do XUV až ultratvrdého RTG (mezní frekvence podle energie elektronů) záření je vysoce kolimované tečně k prstenci (rovnoběžný svazek) je téměř 100 % polarisované v rovině prstence má velmi výhodnou pulsní strukturu v čase (synchronní detekce) … dnes: fysikální podstata toho všeho

14 14 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině ANO, ALE PROČ JE SZ TAK ÚŽASNÉ? intensivní zdroj elmg. záření spektrální obor od radiofrekvencí do XUV až ultratvrdého RTG (mezní frekvence podle energie elektronů) záření je vysoce kolimované tečně k prstenci (rovnoběžný svazek) je téměř 100 % polarisované v rovině prstence má velmi výhodnou pulsní strukturu v čase (synchronní detekce) … dnes: fysikální podstata toho všeho

15 15 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině ANO, ALE PROČ JE SZ TAK ÚŽASNÉ? intensivní zdroj elmg. záření spektrální obor od radiofrekvencí do XUV až ultratvrdého RTG (mezní frekvence podle energie elektronů) záření je vysoce kolimované tečně k prstenci (rovnoběžný svazek) je téměř 100 % polarisované v rovině prstence má velmi výhodnou pulsní strukturu v čase (synchronní detekce) … dnes: fysikální podstata toho všeho

16 16 Proč se staví taková monstrosní zařízení jako zdroj světla? Spektroskopické metody za použití SZ jsou základním nástrojem poznání v atomové fysice v chemii materiálovém výzkumu – elektronové struktury materiálovém výzkumu – strukturní analyse v biochemii a biologii Další aplikace SZ v technologii: litografie (uzavřené laboratoře ~ 1/3 kapacity) v medicině ANO, ALE PROČ JE SZ TAK ÚŽASNÉ? intensivní zdroj elmg. záření spektrální obor od radiofrekvencí do XUV až ultratvrdého RTG (mezní frekvence podle energie elektronů) záření je vysoce kolimované tečně k prstenci (rovnoběžný svazek) je téměř 100 % polarisované v rovině prstence má velmi výhodnou pulsní strukturu v čase (synchronní detekce) … dnes: fysikální podstata toho všeho

17 17 Krátký historický přehled Na Zemi jsou zdroje SZ ojedinělé jako zařízení, kde se setkáme s ultrarelativistickými elektrony v každodenním životě … o tom dále

18 18 Začátky Synchrotron objeven jako urychlovač částic Brzy se ukázalo, že parasitní jev, vyzařování elmg. energie skoro dominuje činnost těchto zařízení Záření jevilo již při relativně nízkých energiích elektronů uvedené vlastnosti a bylo vlastně dost nebezpečné Roku 1949 vypracoval základní teorii SZ Julian Schwinger ( později Nobelova cena za elektroslabé interakce) Již na konci 50 let žebronili nečásticoví fysici, aby mohli SZ využívat. Problémy: pokusy s částicemi a se světlem se špatně slaďovaly, synchrotrony také nebyly ideální zdroje. Proto vznikla myšlenka dedikovaných zdrojů SZ Ta se ujala, protože stejně synchrotrony pro částicovou fysiku ztratily význam.

19 19 Klikatá cesta Maxwellovy rovnice … nerovnoměrná změna v rozložení nábojů  vyzařování elmg. energie Hertz … generace elmg. vln, anténa  Hertzův dipól Liénard (-Wiechertovy) potenciály …řešení Maxwellových rovnic pro pole vyvolané libovolným pohybem bodového náboje Schott úplné řešení pro zářící náboj na kruhové orbitě (model atomu) … úplně zapomenuto     Blewett pozoroval ztráty energie u elektronů v betatronu, ale nepozoroval žádné záření Arcimovič a Pomerančuk obnovená teorie záření orbit. elektronu Pollock (vlastně Floyd Haber) náhodně pozorují záření synchrotronu se 70 MeV elektrony Alfvén & Herlofsen a Ginzburg & Šklovskij … SR z Vesmíru Rozvoj radioteleskopie mlhovina Cassiopea A … zdroj SR … Ivaněnko a Sokolov základní teorie SR – na Západě neznámá Schwinger „klasická“ klasická teorie SR Schwinger „klasická“ kvantová teorie SR

20 20 První strana Liénardovy práce jednoduchý, ale netriviální výsledek například skalární potenciál:

21 21 První strana Liénardovy práce jednoduchý, ale netriviální výsledek například skalární potenciál:

22 22 První strana Liénardovy práce jednoduchý, ale netriviální výsledek například skalární potenciál:

23 23 První strana Liénardovy práce jednoduchý, ale netriviální výsledek například skalární potenciál:

24 24 První strana Liénardovy práce jednoduchý, ale netriviální výsledek například skalární potenciál:

25 25 SZ na nebi a na zemi U nebeských objektů je SZ jedním z nejvýznamnějších typů záření netepelného původu … malá exkurse Na Zemi jsou zdroje SZ ojedinělé jako zařízení, kde se setkáme s ultrarelativistickými elektrony v každodenním životě … o tom dále

26 26 SZ ve vesmíru I.: Cassiopea A radiofrekvenční obraz rengenový obraz pozůstatek supernovy z r pozorována Tycho Brahem argument proti neměnnosti Vesmíru dnes na místě radiový zdroj... objeven 1948 jasná místa … SZ SZ vyznačuje dvě rázové vlny: vnější je pozůstatek explose, šíří se rychlostí expanse mlhoviny vnitřní je výsledkem vnitřní srážky dvou vrstev, šíří se pomaleji, ale má teplotu snad K

27 27 SZ ve vesmíru II.: Krabí mlhovina Pozůstatek supernovy z r (tenkrát viditelná i za dne) v souhvězdí Taurus (Býk) je to M1 v Messierově katalogu rozpíná se rychlostí 1450 km/s jasná místa … SZ v radiové i viditelné spektrální oblasti uprostřed neutronová hvězda doplňující vyzářenou energii rotuje s periodou s  silné magnetické pole, v něm letí výtrysky částic  SZ od RF po gamma záření s maximem v rtg oblasti

28 28 SZ ve vesmíru II.: Krabí mlhovina Roku 1948 byly objeveny rádiové vlny pocházející z Krabí mlhoviny. Krabí mlhovina nejvíce září v rentgenovém oboru. První pozorování 1963.

29 29 Vznik SZ v synchrotronu (a v prostoru) Když ultrarelativistické elektrony krouží v konstantním magnetickém poli, vyzařují elmg. vlny v kuželi ostře kolimovaném ve směru pohybu. Spektrum záření je kvazispojité. Jeho střed má frekvenci nesrovnatelně vyšší, než je frekvence oběhu elektronu samého.

30 30 Rychlý a pomalý kruhový pohyb elektronu KLASICKÝ OBRÁZEK ZE VŠECH UČEBNIC

31 31 KLASICKÝ OBRÁZEK ZE VŠECH UČEBNIC při pomalém pohybu elektron na kruhové dráze září jako superposice dvou vzájemně kolmých dipólů, tedy kosinový zářič s okamžitým dipólem kolmým na tečnu ke kruhové dráze vyzařovaná frekvence = 1/ oběžná doba... cyklotronová nebo Larmorova frekvence Rychlý a pomalý kruhový pohyb elektronu cyklotronové nebo betatronové záření

32 32 KLASICKÝ OBRÁZEK ZE VŠECH UČEBNIC při rychlém pohybu elektron na kruhové dráze sám sebe zase vnímá jako superposici dvou vzájemně kolmých dipólů, pozorovatel však vnímá vlny po Lorentzově transformaci, tedy silně kolimované vpřed vyzařované spektrum kvasispojité: vysoké harmonické Larmorovy frekvence Rychlý a pomalý kruhový pohyb elektronu cyklotronové nebo betatronové záření synchrotronové záření při pomalém pohybu elektron na kruhové dráze září jako superposice dvou vzájemně kolmých dipólů, tedy kosinový zářič s okamžitým dipólem kolmým na tečnu ke kruhové dráze vyzařovaná frekvence = 1/ oběžná doba... cyklotronová nebo Larmorova frekvence

33 Ultrarelativistický elektron

34 34 Ultrarelativistický elektron klidová energie elektronu typická energie v synchrotronu typická hodnota

35 Princip synchrotronu: Ultrarelativistický elektron na kruhové orbitě

36 36 Princip synchrotronu ~ ~ R B B E E

37 37 Princip synchrotronu ~ ~ R BB E E synchronisované střídavé urychlovací napětí statické magnetické pole kompensuje vyzařovací ztráty urychluje elektrony zakřivuje dráhu elektronu na kruhovou

38 38 Elektron na kruhové dráze ~ ~ R B B dráha elektronu Lorentzova síla, pohybová rovnice relativistická označení v B F E E synchronisované střídavé urychlovací napětí statické magnetické pole

39 39 Elektron na kruhové dráze ~ ~ R B B dráha elektronu Lorentzova síla, pohybová rovnice relativistická označení v B F E E

40 40 Elektron na kruhové dráze ~ ~ R B B dráha elektronu Lorentzova síla, pohybová rovnice relativistická označení v B F E E Larmorova frekvence

41 41 Elektron na kruhové dráze ~ ~ R B B dráha elektronu Lorentzova síla, pohybová rovnice relativistická označení v B F E E Larmorova frekvence

42 42 Elektron na kruhové dráze ~ ~ R B B dráha elektronu Lorentzova síla, pohybová rovnice v B F E E Larmorova frekvence v ultrarelativistickém případě  ~ 1  ~ 1

43 43 Vkládání energie výkon elektrického pole pohybová rovnice počítáme ~ ~ R B B synchronisované střídavé urychlovací napětí E E kompensuje vyzařovací ztráty urychluje elektrony

44 44 Synchrotron vs. akumulační prstenec

45 Kolimace vyzářené vlny

46 46 Vlna vysílaná pohyblivým zdrojem elektron pozorovatel v Lorentzova transformace

47 47 Vlna vysílaná pohyblivým zdrojem elektron pozorovatel v Lorentzova transformace oba vidí stejnou vlnu

48 48 Vlna vysílaná pohyblivým zdrojem elektron pozorovatel v Lorentzova transformace oba vidí stejnou vlnu fáze rovinné vlny je invariant

49 49 Vlna vysílaná pohyblivým zdrojem elektron pozorovatel v Lorentzova transformace oba vidí stejnou vlnu fáze rovinné vlny je invariant

50 50 Vlna vysílaná pohyblivým zdrojem, pokračování

51 51 Vlna vysílaná pohyblivým zdrojem, pokračování DOPPLERŮV JEV KOLIMACE V POMĚRU vlastní frekvence záření je ovšem Larmorova frekvence oběhu elektronů … radiofrekvence ta se Dopplerem posune do zhruba viditelné oblasti

52 52 Vlna vysílaná pohyblivým zdrojem, pokračování DOPPLERŮV JEV KOLIMACE V POMĚRU vlastní frekvence záření je ovšem Larmorova frekvence oběhu elektronů … radiofrekvence ta se Dopplerem posune do zhruba viditelné oblasti Je to přesně učebnicové odvození aberace a relativistického výrazu pro Dopplerův efekt Fotonová interpretace: vynásobením c máme relativistické skládání rychlostí

53 53 Kolimace synchrotronového záření KLASICKÝ OBRÁZEK ZE VŠECH UČEBNIC při pomalém pohybu elektron na kruhové dráze září jako superposice dvou vzájemně kolmých dipólů, tedy kosinový zářič s okamžitým dipólem kolmým na tečnu ke kruhové dráze při rychlém pohybu elektron na kruhové dráze sám sebe vnímá jako superposici dvou vzájemně kolmých dipólů, pozorovatel však vnímá vlny po Lorentzově transformaci, tedy silně kolimované vpřed

54 54 Kolimace synchrotronového záření KLASICKÝ OBRÁZEK ZE VŠECH UČEBNIC při pomalém pohybu elektron na kruhové dráze září jako superposice dvou vzájemně kolmých dipólů, tedy kosinový zářič s okamžitým dipólem kolmým na tečnu ke kruhové dráze při rychlém pohybu elektron na kruhové dráze sám sebe vnímá jako superposici dvou vzájemně kolmých dipólů, pozorovatel však vnímá vlny po Lorentzově transformaci, tedy silně kolimované vpřed " vidíme elektron i zezadu" skoro všechny kolimovány lépe než na 1

55 Spektrální a celková intenzita SR

56 56 Pozorování záblesku SZ od prolétajícího elektronu geometricky je pozorovatel v kolimačním kuželi po dobu přejezdu elektronu obloukem světlo ze vzdálených částí se však opožďuje o dobu letu trvání záblesku = doba přejezdu elektronu obloukem – doba letu fotonů tětivou pozorovatel kolimační úhel

57 57 Doba záblesku a spektrální obor SZ trvání záblesku = doba přejezdu elektronu obloukem – doba letu fotonů tětivou pozorovatel kolimační úhel začátek konec elektron dráha fotonů

58 58 Spektrální obor SZ -- pokračování dobrý odhad charakteristické frekvence použijeme " relací neurčitosti" čas  frekvence ~2  … DOSTANEME SE DO VELMI VYSOKÝCH FREKVENCÍ, ZPRAVIDLA V RTG OBLASTI

59 59 Přesný výpočet spektrální intenzity

60 60 Přesný výpočet spektrální intenzity

61 61 Přesný výpočet spektrální intenzity

62 62 Zářivý výkon elektronu za jednotku času Za jeden oběh Hierarchie energií jeden foton ztráty za jeden oběh energie elektronu

63 63 Zářivý výkon elektronu za jednotku času Za jeden oběh Hierarchie energií jeden foton ztráty za jeden oběh energie elektronu … tak bychom si to přáli

64 64 Počet vyzářených fotonů za jednotku času Za jeden oběh Hierarchie energií jeden foton ztráty za jeden oběh energie elektronu

65 65 Počet vyzářených fotonů za jednotku času Za jeden oběh Hierarchie energií jeden foton ztráty za jeden oběh energie elektronu

66 66 Počet vyzářených fotonů za jednotku času Za jeden oběh Hierarchie energií jeden foton ztráty za jeden oběh energie elektronu

67 Pulsní struktura SR

68 68 Vkládání energie ~ R B B synchronisované střídavé urychlovací napětí kompensuje vyzařovací ztráty E reálný příklad Elektrony přilétají náhodně během periody Jsou urychleny nebo zpomaleny podle okamžité hodnoty pole Jen některé nabudou správné rychlosti Další podléhají chaotickým změnám rychlosti Proces vede k ustálenému rozloženi elektronů kolem orbity

69 69 Pulsní struktura SR Energie elektronů musí přesně odpovídat parametrům prstence Jen uzounký interval vůči střídavému elektrickému poli vede k ustálenému pohybu elektronů

70 70 Pulsní struktura SR Energie elektronů musí přesně odpovídat parametrům prstence Jen uzounký interval vůči střídavému elektrickému poli vede k ustálenému pohybu elektronů

71 71 Pulsní struktura SR Energie elektronů musí přesně odpovídat parametrům prstence Jen uzounký interval vůči střídavému elektrickému poli vede k ustálenému pohybu elektronů Po obvodu prstence se otáčí rychlostí  c soustava elektronových zhustků Jsou od sebe cca 60 cm daleko a jejich rozsah je okolo 1 cm

72 72 Pulsní struktura SR Energie elektronů musí přesně odpovídat parametrům prstence Jen uzounký interval vůči střídavému elektrickému poli vede k ustálenému pohybu elektronů Po obvodu prstence se otáčí rychlostí  c soustava elektronových zhustků Jsou od sebe cca 60 cm daleko a jejich rozsah je okolo 1 cm Jeden Gaussův puls

73 73 Zpět k synchrotronu v Kosmu i na Zemi Jak tedy SR v mlhovinách a v současných zdrojích SR na Zemi vzniká

74 74 Kosmický synchrotron úhel stoupání elektrony se pohybují po spirálách vzorce je nutno trochu upravit PŘÍKLAD:

75 Storage Ring (akumulační prstenec): technická realisace

76 76 Elettra Trieste

77 77 Jak to vypadá zblízka (storage ring Doris) zatáčí, svítí nezatáčí, nesvítí děliče, monochromátory beam vakuum bezpečnostní opatření

78 78 Vzorce a odhady

79 79 Spektrální charakteristiky synchrotronů

80 Wigglery a undulátory to wiggle třepat se

81 81 Za krátkými vlnovými délkami: wigglery a undulátory Nejlepší zdroj SZ má co nejvíc rovných úseků spojených ohyby (bends) Čím menší poloměr tím vyšší mezní frekvence SZ Nápad: do rovného úseku vložit „frequency shifter“

82 82 Za krátkými vlnovými délkami: wigglery a undulátory Nejlepší zdroj SZ má co nejvíc rovných úseků spojených ohyby (bends) Čím menší poloměr tím vyšší mezní frekvence SZ Nápad: do rovného úseku vložit „frequency shifter“ supravodivý magnet 6 T

83 83 Za krátkými vlnovými délkami: wigglery a undulátory Nejlepší zdroj SZ má co nejvíc rovných úseků spojených ohyby (bends) Čím menší poloměr tím vyšší mezní frekvence SZ Nápad: do rovného úseku vložit „frequency shifter“ Více magnetů za sebou: wiggler

84 84 Za krátkými vlnovými délkami: wigglery a undulátory Nejlepší zdroj SZ má co nejvíc rovných úseků spojených ohyby (bends) Čím menší poloměr tím vyšší mezní frekvence SZ Nápad: do rovného úseku vložit „frequency shifter“ Více magnetů za sebou: wiggler (silné pole) kolimační kužele se nepřekrývají, sčítají se intensity

85 85 Za krátkými vlnovými délkami: wigglery a undulátory Nejlepší zdroj SZ má co nejvíc rovných úseků spojených ohyby (bends) Čím menší poloměr tím vyšší mezní frekvence SZ Nápad: do rovného úseku vložit „frequency shifter“ Více magnetů za sebou: wiggler (silné pole) kolimační kužele se nepřekrývají, sčítají se intensity Více magnetů za sebou: undulátor (slabé pole) kolimační kužele se překrývají, sčítají se amplitudy, INTERFERENCE!

86 86 Za krátkými vlnovými délkami: wigglery a undulátory

87 87 Za krátkými vlnovými délkami: wigglery a undulátory Makroskopická perioda wiggleru či undulátoru se relativisticky zkracuje na mikroskopickou vlnovou délku rentgenových paprsků relativistický elektron vidí periodu zařízení zkrácenou v poměru 1:  na L/n  Elektron kmitá v un- dulátoru a vyzařuje fotony s vlnovou délkou L/n . Pozorovatel ji vidí dopplerovsky dále zkrácenou v poměru 1: 2 

88 88 Budoucnost zdrojů SZ Předvedeny byly zdroje SZ třetí generace. Na obzoru je prý už čtvrtá. O té snad někdy příště … Velikášské stroje se tak trochu omrzely. Nový koncept: synchrotron na stole

89 89 Nevýhody velkých synchrotronových instalací  Konstrukční a stavební složitost a rozsáhlost... cena  Nákladný a složitý provoz: vakuum, magnetické pole,...  Elektrony s energií řádu GeV... příliš mnoho záření v celém spektrálním rozsahu... problémy s odvodem přebytečné energie, plýtvání energií  Složitá organizace využívání  Nadřazená byrokratická struktura – mezinárodní konsorcium,...  Nutnost dojíždět – z Prahy do Grenoblu například: cesta, hotel,...  Nepružnost: žádost o přidělení času dlouho dopředu, nemožnost jeho rozšíření na místě, převoz vzorků ve vakuu/ v kryostatu,...  Odloučenost od výuky

90 Nové koncepce pro SZ: "kapesní" zdroje záření

91 91 Jak uchovat kritickou frekvenci, ale ostatní zmenšit Vodítko – vývoj velkých zdrojů SZ kruhový prstenec  mnoho bendů (zaoblených rohů)  wigglery a undulátory HEURISTIKA  kdybychom pořádně zmenšili R, mohlo by i  být menší

92 92 Jak uchovat kritickou frekvenci, ale ostatní zmenšit Vodítko – vývoj velkých zdrojů SZ kruhový prstenec  mnoho bendů (zaoblených rohů)  wigglery a undulátory HEURISTIKA  kdybychom pořádně zmenšili R, mohlo by i  být menší DVĚ CESTY již komercializované rozptyl elektrono- vého svazku na laserovém svazkuatomech guruRonald RuthHironari Yamada komerční označeníLYNCEAN CLSMIRRORCLE zeměUSA Japonsko DVĚ CESTY již (téměř) komercializované

93 Rozptyl na stojaté laserové vlně

94 94 Rozptyl na laserovém svazku

95 95 Rozptyl na laserovém svazku vzpomínka na rozptyl atomů a molekul na světelné mřížce světlo tvoří "wiggler" s periodou 1  m pro vznik rtg paprsků stačí E= 30 MeV

96 96 Vzpomínka na wiggler I.relativistický elektron vidí nalétávat měkký foton. V jeho souřadné soustavě je frekvence dopplerovsky posunutá II.tento foton se elasticky rozptýlí. Pozorovatel vidí další dopplerovský posun Rozptyl na laserovém svazku

97 97 Vzpomínka na wiggler I.relativistický elektron vidí nalétávat měkký foton. V jeho souřadné soustavě je frekvence dopplerovsky posunutá II.tento foton se elasticky rozptýlí. Pozorovatel vidí další dopplerovský posun Rozptyl na laserovém svazku Alternativní pohled (vlastně QED) INVERSNÍ COMPTONŮV ROZPTYL

98 98 Vzpomínka na wiggler I.relativistický elektron vidí nalétávat měkký foton. V jeho souřadné soustavě je frekvence dopplerovsky posunutá II.tento foton se elasticky rozptýlí. Pozorovatel vidí další dopplerovský posun Rozptyl na laserovém svazku Alternativní pohled (vlastně QED) INVERSNÍ COMPTONŮV ROZPTYL e COMPTON

99 99 Vzpomínka na wiggler I.relativistický elektron vidí nalétávat měkký foton. V jeho souřadné soustavě je frekvence dopplerovsky posunutá II.tento foton se elasticky rozptýlí. Pozorovatel vidí další dopplerovský posun Rozptyl na laserovém svazku Alternativní pohled (vlastně QED) INVERSNÍ COMPTONŮV ROZPTYL e COMPTON e INVERSNÍ COMPTON

100 Rozptyl na atomovém terčíku (folii)

101 101 Rozptyl na atomovém terčíku Nakreslil sám Yamada Není to brzdné záření, ale elastická deflexe doprovázená zářením Filosofická otázka: je to synchrotron? Terčík je tak malý, že dojde jen k jednomu rozptylu, elektron se zotaví a vrátí do svazku. Na jednu injekci mnoho oběhů Energie elektronů 20 MeV, podobné jako u Comptona, relativistická kolimace je horší, ale nastává

102 102 Mirrorcle 20 ve skutečnosti

103 103 Budoucnost SZ pro nás zde v Praze Obr. 1 půdorys synchrotronu Zařazeno do plánu MTZ na MFF v Praze, ale už nějak dlouho

104 104 Budoucnost SZ pro nás zde v Praze a v Brně Obr. 1 půdorys synchrotronu Proslýchá se, že v Brně bude vybudován velký storage ring s charakteristickou energií několika GeV za peníze z fondů Evropské Unie Zařazeno do plánu MTZ na MFF v Praze, ale už nějak dlouho

105 105 Budoucnost SZ pro nás zde v Praze a v Brně Obr. 1 půdorys synchrotronu Proslýchá se, že v Brně bude vybudován velký storage ring s charakteristickou energií několika GeV za peníze z fondů Evropské Unie Zařazeno do plánu MTZ na MFF v Praze, ale už nějak dlouho Už ne

106 The end


Stáhnout ppt "1 V. Synchrotronové záření KOTLÁŘSKÁ 28.DUBNA 2010 F4110 Kvantová fyzika atomárních soustav letní semestr 2009 - 2010."

Podobné prezentace


Reklamy Google