광인젝터

Photoinjector

광인젝터는 광전 효과에 의존하는 강도 높은 전자 빔의 공급원 유형이다.광인젝터의 음극에 대한 레이저 맥박은 그 안에서 전자를 몰아내고 전자총의 가속장 안으로 들어간다.[1]널리 보급되어 있는 열전 전자총과 비교하여 광신젝터는 더 높은 밝기의 전자빔을 생산하는데, 이는 더 많은 입자들이 더 적은 양의 위상 공간(빔 에밋턴스)으로 채워지는 것을 의미한다.광인젝터는 자유 전자 레이저와[2] 같은 단일 패스 싱크로트론 광원과 초고속 전자 회절 설정의 주요 전자 소스 역할을 한다.[3]최초의 RF 광학 실험기는 1985년 로스 알라모스 국립 연구소에서 개발되어 자유 전자 레이저 실험의 소스로 사용되었다.[4][5]광인젝터에 의해 생산된 고광도 전자빔은 물질의 분자, 원자, 핵 구조를 기초적인 연구뿐만 아니라 물질적 특성화를 위해 직간접적으로 조사하는데 사용된다.

광인젝터는 복사기, 전자 건(AC 또는 DC), 전원 공급기, 구동 레이저 시스템, 타이밍 및 동기화 시스템, 에밋턴스 보상 자석으로 구성된다.진공 시스템과 음극 제작 또는 운송 시스템을 포함할 수 있다.보통 빔 진단과 고에너지 가속기가 뒤따른다.

AC 선형 가속기의 작동 방식을 보여주는 애니메이션.광인젝터의 경우, 소스 S는 분수 셀 내부의 음극이며, RF 필드의 부스터 셀 4개가 그 뒤를 따른다.

광인젝터의 주요 구성요소는 전자총(보통 가속장의 최적 분포를 위한 0.6-fractal cell)의 캐비티 안쪽에 위치한 광인쇄기(copy)이다.추출된 전자빔은 빔의 밝기를 저하시키는 자체적인 공간충전장에 시달린다.그 때문에 광전총은 빔 에너지를 증가시키고 공간충전 효과를 줄이기 위해 하나 이상의 풀사이즈 부스터 셀을 보유하는 경우가 많다.총의 가속장치는 클라이스트론이나 다른 RF전원에 의해 제공되는 RF(무선주파수)파다.전자 회절이나 현미경 검사에 사용되는 것과 같은 저에너지 빔의 경우, 정전기 가속도(DC)가 적합하다.

음극의 광 방출은 구동 레이저의 입사 펄스에 의해 시작된다.복사기의 소재에 따라 레이저 파장은 1700nm(적외선)에서 100200nm(초자선)까지 다양할 수 있다.구리 벽이나 음극의 경우 약 250nm의 레이저 파장으로 캐비티 벽으로부터의 방출이 가능하다.반도체 음극은 종종 주변 조건에 민감하며 광전자 건 뒤에 위치한 깨끗한 준비 챔버가 필요할 수 있다.구동 레이저의 광학 시스템은 종종 펄스 구조를 제어하도록 설계되며, 결과적으로 추출된 뭉치의 전자 분포를 제어한다.예를 들어, 타원형 횡단 프로파일을 가진 fs-scale 레이저 펄스는 얇은 "팬케이크" 전자 뭉치를 생성하며, 이 전자 뭉치는 자신의 공간 충전장 아래에서 균일하게 채워진 타원체로 진화한다.[6]빗과 같은 종단면을 가진 보다 정교한 레이저 펄스는 비슷한 모양의 빗 전자 빔을 생성한다.[7][8]

메모들

  1. ^ "DESY - PITZ Zeuthen". winweb.desy.de. Retrieved 2020-09-25.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
  2. ^ Emma, P.; Akre, R.; Arthur, J.; Bionta, R.; Bostedt, C.; Bozek, J.; Brachmann, A.; Bucksbaum, P.; Coffee, R.; Decker, F.-J.; Ding, Y. (2010). "First lasing and operation of an ångstrom-wavelength free-electron laser". Nature Photonics. 4 (9): 641–647. Bibcode:2010NaPho...4..641E. doi:10.1038/nphoton.2010.176. ISSN 1749-4893.
  3. ^ Sciaini, Germán; Miller, R J Dwayne (2011-09-01). "Femtosecond electron diffraction: heralding the era of atomically resolved dynamics". Reports on Progress in Physics. 74 (9): 096101. Bibcode:2011RPPh...74i6101S. doi:10.1088/0034-4885/74/9/096101. ISSN 0034-4885.
  4. ^ Clendenin, J.E. "RF PHOTOINJECTORS" (PDF). Retrieved 7 April 2014.
  5. ^ Rao, Triveni; Dowell, David H. (2014-03-28). "An Engineering Guide To Photoinjectors". arXiv:1403.7539 [physics.acc-ph].
  6. ^ Luiten, O. J.; van der Geer, S. B.; de Loos, M. J.; Kiewiet, F. B.; van der Wiel, M. J. (2004-08-25). "How to Realize Uniform Three-Dimensional Ellipsoidal Electron Bunches". Physical Review Letters. 93 (9): 094802. Bibcode:2004PhRvL..93i4802L. doi:10.1103/PhysRevLett.93.094802. ISSN 0031-9007. PMID 15447108.
  7. ^ Salén, Peter; Basini, Martina; Bonetti, Stefano; Hebling, János; Krasilnikov, Mikhail; Nikitin, Alexey Y.; Shamuilov, Georgii; Tibai, Zoltán; Zhaunerchyk, Vitali; Goryashko, Vitaliy (2019-12-12). "Matter manipulation with extreme terahertz light: Progress in the enabling THz technology". Physics Reports. 836–837: 1–74. Bibcode:2019PhR...836....1S. doi:10.1016/j.physrep.2019.09.002. ISSN 0370-1573.
  8. ^ Ma, Zhuoran; Wang, Zhe; Fu, Feichao; Wang, Rui; Xiang, Dao (2016). "Generating quasi-single-cycle THz pulse from frequency-chirped electron bunch train and a tapered undulator". High Power Laser Science and Engineering. 4. doi:10.1017/hpl.2015.35. ISSN 2095-4719.