Как превратить негативный эффект в положительный: проект ученого ЛЭТИ для развития фотоники

Как превратить негативный эффект в положительный: проект ученого ЛЭТИ для развития фотоники

Эффективный и экономичный способ модернизации лазеров на свободных электронах для создания мощного терагерцового, ультрафиолетового и рентгеновского излучения предложил доцент кафедры физики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» И.Л. Шейнман на симпозиуме «Фотоника и нейтронная наука в Балтийском регионе».

12.11.2020 1390

Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» Илья Львович Шейнман вышел во второй этап международного проекта «Балтийская научная сеть – научный центр» (Baltic Science Network – A Science Powerhouse), который финансируется Европейским фондом регионального развития.

Первый этап проекта – симпозиум «Фотоника и нейтронная наука в регионе Балтийского моря» (Photon and Neutron Science in the Baltic Sea Region) – проходил в онлайн-формате с 26 по 29 октября.

И.Л. Шейнман представил проект кильватерного ондулятора для генерации мощного электромагнитного излучения. Технология позволит обратить в положительную сторону отклонение пучка частиц от оси волновода – негативного эффекта в кильватерных ускорителях, который возникает из-за взаимодействия заряженного пучка с создаваемой им же самим электромагнитной волной.

«Принцип действия традиционных ускорителей состоит в том, что заряженные частицы, двигаясь по кругу, проходят через специальный промежуток, в котором увеличивают энергию. За последние 10-20 лет было предложено несколько принципиально новых решений по конструкции ускорителей. Одно из них – поместить частицы в трубу, заполненную плазмой, или в трубу из диэлектрика в металлической оболочке, – рассказывает ученый. – Сгусток заряженных частиц взаимодействует с заполнением волновода и создает электромагнитное поле, являющееся вариантом излучения Вавилова-Черенкова, в котором скорость близка к скорости света. Если в эту кильватерную волну поместить маленький заряженный пучок, то он ускорится. Первичный пучок, который создает поле, потеряет свою энергию, а вторичный пучок разгонится до очень больших показателей».

Существенным недостатком данного подхода является смещение пучка относительно оси волновода, в результате чего частицы притягиваются к стенке трубы, а при огромной энергии способны прожечь в ней дыру.

Илья Львович Шейнман предложил использовать этот паразитный эффект для создания кильватерного ондулятора – волновода в форме синусоиды, в котором хвост основного пучка или вторичный пучок заряженных частиц, притягиваясь то к одной стенке, то к другой, будет совершать осцилляции в поперечном направлении. За счет таких колебаний электроны пучка будут двигаться с ускорением и генерировать электромагнитные волны, что является необходимым условием для создания лазера на свободных электронах.

«Современный ондулятор, основанный на знакопеременном магнитном поле, стоит весьма дорого и требует точной настройки. Мой подход предполагает использование в качестве оконечного устройства ускорителя для лазера на свободных электронах изогнутого волновода с правильно подобранными параметрами, что позволит существенно удешевить создание ондуляторов».

Доцент кафедры физики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Илья Львович Шейнман

Заинтересованность в совместной реализации проекта Ильи Львовича Шейнмана уже выразили сотрудники Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European x-ray free electron laser, European XFEL) – комплекса экспериментальных установок, расположенных в Гамбурге.

Второй этап проекта «Балтийская научная сеть – научный центр» – Форум, который пройдет в дистанционном режиме, запланирован на декабрь 2020 года. По его итогам будут отобраны проекты для участия в третьем этапе (Coaching), который предполагает получение финансирования, инструктажа, а также доступа к научно-исследовательскому оборудованию.

Разработка И.Л. Шейнмана вписывается в национальный проект «Наука», одной из целей которого является создание уникальных научных установок класса мегасайенс и реализация на них международных исследований.