Un dispositivo de inserción (ID) es un componente en las fuentes de luz de sincrotrón modernas , llamado así porque se "insertan" en las pistas del acelerador. Son estructuras magnéticas periódicas que estimulan la emisión de radiación de sincrotrón altamente brillante y dirigida hacia adelante al forzar un haz de partículas cargadas almacenadas a realizar meneos u ondulaciones a medida que pasan a través del dispositivo. Este movimiento es causado por la fuerza de Lorentz , y es a partir de este movimiento oscilatorio que obtenemos los nombres de las dos clases de dispositivos, que se conocen como onduladores y onduladores.. Además de crear una luz más brillante, algunos dispositivos de inserción permiten sintonizar la luz para que se puedan generar diferentes frecuencias para diferentes aplicaciones.
Historia
La teoría detrás de los onduladores fue desarrollada por Vitaly Ginzburg en la URSS . Sin embargo, fueron Motz y su equipo quienes en 1953 instalaron el primer ondulador en un linac en Stanford, usándolo para generar radiación de ondas milimétricas hasta la luz visible. [1]
No fue hasta la década de 1970 que se instalaron onduladores en anillos de almacenamiento de electrones para producir radiación de sincrotrón. Las primeras instituciones en tomar estos dispositivos fueron el Instituto de Física Lebedev en Moscú y la Universidad Politécnica de Tomsk . Estas instalaciones permitieron una caracterización más completa del comportamiento de los onduladores.
Los onduladores solo se convirtieron en dispositivos prácticos para la inserción en fuentes de luz de sincrotrón en 1981, cuando los equipos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), el Laboratorio de Radiación de Sincrotrón de Stanford (SSRL) y el Instituto Budker de Física Nuclear (BINP) en Rusia desarrollaron matrices magnéticas permanentes , conocidas como matrices de Halbach , que permitían períodos de repetición cortos inalcanzables con bobinas electromagnéticas o bobinas superconductoras .
A pesar de su función similar, los wigglers se usaron en anillos de almacenamiento durante más de una década antes de que se usaran para generar radiación de sincrotrón para líneas de luz . Los wiggler tienen un efecto amortiguador en los anillos de almacenamiento, que es la función a la que pusieron por primera vez en el Cambridge Electron Accelerator en Massachusetts en 1966. El primer wiggler utilizado para la generación de radiación de sincrotrón fue un wiggler de 7 polos instalado en el SSRL en 1979.
Desde estas primeras inserciones, ha proliferado el número de onduladores y onduladores en las instalaciones de radiación de sincrotrón en todo el mundo y son una de las tecnologías impulsoras detrás de la próxima generación de fuentes de luz, los láseres de electrones libres .
Operación
Los dispositivos de inserción se insertan tradicionalmente en secciones rectas de anillos de almacenamiento (de ahí su nombre). A medida que el haz de partículas almacenado, generalmente electrones , pasa a través del DI, el campo magnético alterno experimentado por las partículas hace que su trayectoria experimente una oscilación transversal. La aceleración asociada a este movimiento estimula la emisión de radiación de sincrotrón.
Hay muy poca diferencia mecánica entre onduladores y onduladores y el criterio que se usa normalmente para distinguir entre ellos es el factor K. El factor K es una constante adimensional definida como:
donde q es la carga de la partícula que pasa a través del ID, B es el campo magnético máximo del ID, es el período de la identificación, se relaciona con la velocidad o energía de la partícula, m es la masa de la partícula acelerada y c es la velocidad de la luz .
Se considera que los onduladores tienen K >> 1 y los onduladores tienen K <1.
El factor K determina la energía de la radiación producida y, en situaciones en las que se requiere un rango de energía, el número K se puede modificar variando la fuerza del campo magnético del dispositivo. En los dispositivos de imanes permanentes, esto generalmente se hace aumentando el espacio entre las matrices de imanes. En los dispositivos electromagnéticos, el campo magnético cambia variando la corriente en las bobinas magnéticas.
En un wiggler, el período y la fuerza del campo magnético no están sintonizados con la frecuencia de radiación producida por los electrones. Por lo tanto, cada electrón de un grupo irradia de forma independiente y el ancho de banda de radiación resultante es amplio. Se puede considerar que un meneo es una serie de imanes de flexión concatenados entre sí, y su intensidad de radiación se escala como el número de polos magnéticos en el meneo.
En una fuente onduladora, la radiación producida por los electrones oscilantes interfiere de manera constructiva con el movimiento de otros electrones, lo que hace que el espectro de radiación tenga un ancho de banda relativamente estrecho. La intensidad de la radiación se escala como, dónde es el número de polos en la matriz de imanes.
Referencias
- ^ Robinson, Arthur L. "Folleto de datos de rayos X: historia de la radiación de sincrotrón" . Consultado el 4 de septiembre de 2011 .