非谐激励与周期弯晶中粒子运动的混沌行为

利用Melnikov方法讨论了非谐激励系统的混沌行为,并在极限情况κ→0下,把非谐激励转化为谐波激励,而运动方程化为倒置摆方程.倒置摆方程描写了带电粒子在周期弯晶中翻越势垒的横向运动行为.结果表明:系统的稳定性与参数有关,适当调整参数就能保证系统是稳定的;即使保持参数不变,调整系统初始状态也可以使系统完成从无序向有序,或者从有序向无序转换.     

周期弯曲晶体的摆动场辐射作为短波长激光的可能性

指出了用传统方法把自由电子激光(FEL)推向更短波长将在技术上遇到严重挑战,并试图寻找新的光源.在周期弯曲晶体中作沟道运动的粒子,在沟道辐射的同时,还将不断产生摆动场辐射.在摆动场轨道曲率最大或最小处,摆动场辐射与粒子束平行,情况与自由电子激光类似.在摆动场轨道曲率相继最大(或最小)处产生的光子是受激的,且频率比常规自由电子激光高得多.在简谐近似下,描述了沟道辐射和摆动场辐射频率与频谱分布,讨论了沟道辐射和摆动场辐射之间的关系,分析了利用晶体摆动场辐射作为X-激光或γ-激光的可能性.     

简谐近似与晶体摆动场辐射的一般特征

晶体摆动场辐射的能量很高,是获得短波长激光的重要途径之一。关键问题是如何提高摆动场辐射强度,如何将摆动场辐射与沟道辐射分离,将摆动场辐射中的相干辐射与自发辐射分离。首先,在经典力学框架内和线性近似下,讨论了摆动场辐射的瞬时辐射强度和平均辐射强度;引入无量纲偏转角讨论了这两种辐射的强度比、频率比和相干性。结果表明,在无量纲偏转角大于大于1时,只需在束流方向上放置一个张角为Δθ≈γ-1的接受器就可以将相干的摆动场辐射成功收集,而这时两种辐射的频率比和强度比都很大。     

周期弯晶中带电粒子运动的相平面特征及其稳定性

研究表明,为了获得可利用的参数X-射线辐射或晶体摆动场辐射,系统必须是稳定的。在经典力学框架内和小振幅近似下,分析了晶体弯曲、辐射衰减、晶格热振动、电子多重散射和相互作用的非线性等因素对系统稳定性的影响。结果表明,系统的稳定性与它的参数有关,适当调节系统参数,可以保证系统是稳定的。     

小振幅小周期近似与晶体摆动场辐射的一般特征

在经典力学框架内,利用小振幅小周期近似对晶体摆动场辐射进行了讨论.结果表明,同大振幅大周期近似相比,小振幅小周期近似下的摆动场辐射具有易分离、能量高和成本低等优点;选择电子做炮弹适合中能和高能,电子源经济实用,且束流品质好;选择正电子做炮弹退道长度长,适合低能和中能.结果还表明,利用小振幅小周期近似可以获得能量为100 keV量级的晶体摆动场辐射,填补了同步辐射在这一能区的空白.     

基于电子的晶体摆动场辐射及其稳定性

在经典力学框架内和偶极近似下,引入正弦平方势,把粒子运动方程化为了具有阻尼项和受迫项的摆方程.用Hamiltonian原理和相平面方法讨论了系统的稳定性,并对系统的退道系数、退道长度进行了分析.结果表明,电子和正电子面沟道辐射除了能量适用范围不同外,二者非常类似.它们都可以利用声学方法、机械方法或梯度掺杂法等方法将晶体周期弯曲,而且可以利用现有的加速器提供所需要的粒子束.     

晶体摆动场与周期弯晶作为γ-速调管的可能性

 寻找新光源,特别是短波长相干光源一直是人们努力追求的目标.将晶体摆动场同速调管技术相结合可望获得短波长相干光源,特别是相干的γ-光源.文章通过晶体摆动场莱塞效应分析,讨论了周期弯晶作为γ-速调管的可能性.在经典力学框架内和小增益近似下,把晶体摆动场中的粒子纵向运动方程化为经典的摆方程,并用摄动法导出了系统的能量增益.结果表明,当弯晶作为放大器模式工作时,要求的束流强度比较高,在级联速调管工作模式下束流强度要求可降低3-4个量级,完全位于当今加速器技术能力范围内.     

晶体摆动场辐射与共振线附近的动力学行为

在人们寻找新光源,特别是短波长激光光源的探索中弯晶起到了十分重要的作用,参数X-射线辐射射和晶体摆动场辐射引起了人们极大注意。为了成功获得参数X-射线辐射和晶体摆动场辐射,系统必须是稳定的。分析了晶体弯曲、辐射衰减、晶格热振动、电子多重散射和相互作用的非线性等因素对系统稳定性的影响。在经典力学框架内和小振幅近似下,把粒子运动方程化为了具有阻尼项、受迫项和固定力矩的广义摆方程。用摄动法讨论系统在1/2和1/3超共振附近的运动行为,发现了共振曲线的后弯和跳跃现象。临界条件的分析表明,系统的稳定性与它的参数有关,适当调节系统参数,就可以保证系统是稳定的。     

超相对论粒子的晶体摆动场辐射与同步辐射

注意到晶体摆动场辐射是基于沟道粒子的横向运动,而晶体的周期弯曲则等效为作用在粒子上的力。把晶体的周期弯曲视为相互作用势,并考虑在周期摆动场中粒子的"同步辐射"。在经典力学框架内和偶极近似下,把粒子的纵向运动方程化为摆方程,并在小振幅近似下,把它进一步化为Duffing方程。用Jacobian椭圆函数和第一类椭圆积分严格地给出了粒子轨道和它的运动周期;讨论了沟道辐射、摆动场辐射和"同步辐射"能量(频率)。结果表明,三种辐射之间的频率差别比较大,在实验上很容易将他们分开。选择如下一组参数V0=0.5eV,波长λp=100nm,能量γ=104,计算结果表明,"同步辐射"频率Ω=8.83×1019,已进入X-能区。     

倒置摆的有效势与晶体摆动场辐射的稳定性

在经典力学框架内,把粒子的运动方程化为倒置摆方程.在线性近似下,分别用参数变易法和LP方法讨论了无阻尼情况下系统的一阶不稳定区.在非线性近似下,用有效势分析了系统的稳定性,并对普通摆和倒置摆进行了统一描述.结果表明,系统的稳定性与阻尼有关,阻尼越大稳定性越好;指出了普通摆描述的沟道粒子的运动行为,系统的平衡位置过支点垂直向下;倒置摆描述了带电粒子在周期弯晶中的准沟道行为,平衡状态过支点垂直向上.     

Moriere势与晶体摆动场辐射的弛豫行为

在经典力学框架内和偶极近似下,利用Moriere势把粒子运动方程化为了具有软硬弹簧特性的广义Duffing方程,利用平均法分析了系统在主共振线附近的运动行为;对系统的稳定性和弛豫行为进行了讨论,并导出了系统的临界参数.结果表明,系统的稳定性与参数有关,适当调节这些参数,系统的稳定性就可以得到保证.     

平均法与晶体摆动场辐射的次共振行为

试图用传统方法把自由电子激光推向更短波长在技术上遇到了严重挑战.利用晶体摆动场辐射作为短波长相干光源引起了人们的广泛注意.利用Lindhard势,在经典力学框架内把粒子运动方程化为广义Duffing方程,利用平均法分析了粒子在次共振附近的运动行为;并对系统的跳跃现象和临界特征进行了讨论.结果表明,系统的稳定性与其参数有关,只需适当调节这些参数,稳定性就可以在原则上得到保证.