ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ у-КВАНТОВ С ПОМОЩЬЮ РАССЕЯНИЯ СВЕТОВЫХ ФОТОНОВ НА ЭЛЕКТРОНАХ, УСКОРЕННЫХ НА СИНХРОТРОНЕ «СИРИУС» Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

Том 206

1973

ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ у-КВАНТОВ С ПОМОЩЬЮ РАССЕЯНИЯ СВЕТОВЫХ ФОТОНОВ НА ЭЛЕКТРОНАХ, УСКОРЕННЫХ НА СИНХРОТРОНЕ «СИРИУС»

А. В. ПЕШКОВ, Б. Н. КАЛИНИН, Е. И. АЛЕКСАНДРОВ, А. В. КАРАКУЦЕВ

(Представлена ¡семинаром сектора ВЭ НИИ ЯФЭА)

Фотонные пучки, которые используются для исследования в ядерной физике п физике элементарных частиц, характеризуются следую-

Ло)

'ц11ми параметрами: 1) энергия со, 2) энергетическая ширина — %,

О)

3) интенсивность Ы, 4) степень поляризации Р% и 5) плавность изменения энергии.

В настоящее время экспериментаторы имеют в своем распоряжении источники фотонов с энергией до Гэв, однако фотоны имеют при этом сплошной спектр и неполяризованы. Методы получения моноэнергетических и поляризованных фотонов начинают разрабатываться л применяться в последнее время.

Одним из этих методов получения поляризованных и квазнмоно-энергетических у-квантов является комптоновское рассеяние фотонов на релятивистских электронах [1, 2]. При таком взаимодействии максимальная энергия, соответствующая фотонам, рассеянным в направлении движения первичных электронов при встречном соударении электронного и фотонного пучков, дается следующим выражением:

(,)тах 1 /1 ч

4ео>,

где со, —энергия падающего фотона, — энергия покоя электрона, г —полная энергия электронов. (Здесь использована система единиц, где 11 = с=1).

Отсюда следует, что (-отах>со1 и увеличение в и приводит к росту энергии рассеянных у-квантов, которая при г^/Чеш, 1 стремится к энергии электронов.

На синхротроне „Сириуси максимальная энергия фотонов, полученных с помощью комптоновского рассеяния фотонов рубинового лазера (оз1 == 1,78 эв) на электронах с энергией 1 Гэв, о>тах = 27,8 Мэв, и при максимальной энергии электронов 1,5 Гэв шП5цх = 61,2 Мэв.

Следует отметить, что в отличие от тормозного излучения в рассматриваемом случае энергия образующихся фотонов однозначно связана с углом их вылета относительно направления движения первичного электрона, что дает возможность выделить у -кванты опреде-44

ленной энергии. Для того, чтобы выделить ? -кванты с

Аи>

= 10%

О)

при энергии электронного пучка 1 Гэв, потребуется коллиматор с диаметром отверстия 5,2 мм на расстоянии 20 м от источника излучения. Такой коллиматор вырезает угол 2,6 • 10 4 рад. Мощность существующих в настоящее время лазеров позволяет получить пучки фотонов с интенсивностью, достаточной для проведения экспериментов с использованием искровых и пузырьковых камер. Количество фотонов, образовавшихся в заданном углу при рассеянии лазерных фотонов на ускоренных электронах в камере ускорителя, может быть вычислено по формуле (3)

сАТ

(2)

где

№е — количество электронов на орбите ускорителя,

— количество фотонов, излучаемое лазером за время одного импульса, ¿ — длина области взаимодействия, с1з — дифференциальное сечение,

Рис. 1. Схема расположения экспериментального оборудования. Л1 — фокусирующая линза, ВК — вакуумная камера ускорителя, М1 — монитор электронного пучка, Д] и Д2 — подвижные диафрагмы, ПП — поворотная призма, ОКГ —рубиновый лазер, Мг — монитор излучения лазера, К — коллиматор, С — спектрометр

с — скорость света,

А — площадь наибольшего из взаимодействующих пучков,

Г —время взаимодействия,

п — количество оборотов электронного пучка за время взаимодействия.

Для синхротрона „Сириус" Ше = 1 • 1010 эл, й^р=315-1019 при мощности лазера 10 дж\ 1 = 157 см, Л=54 мбарн, Л=0,15 см1, 7"=1,5 мкеек количество комптоновских фотонов — 12000 за один цикл работы ускорителя.

Поляризация фотонов, полученных этим методом, будет равняться 100%, кроме того, полученные "'-кванты могут обладать как круговой, так и плоской поляризацией.

Основным источником фона при регистрации таких фотонов будет тормозное излучение на остаточном газе. Для синхротрона «Сириус», где вакуум в камере около 2 • 10"6 тор, а длина прямолинейного участка равна 157 см, фон будет составлять примерно 750 тормозных фотонов за время взаимодействия при угле коллимации 2,6 • 10 - 4 рад.

Схема экспериментальной установки, подготовленной нами для поляризованных у -квантов, показана на рис. 1. Излучение лазера

(ОКГ), установленного под углом 90° к положению равновесной орбиты на прямолинейном участке, поворачивается прямоугольной призмой (ПП) и направляется через фокусирующую линзу (Лj) в вакуумную камеру ускорителя ВК. Вдвижное зеркало (3) используется для юстировки линзы (Л]). Рассеянные -кванты выходят из касательного патрубка, проходят поворотную призму (ПП) и попадают в детектор спектрометра (С).

Мониторы (Mi) и (М2) контролируют мощность лазера и количество ускоренных электронов.

Для определения оси, касательной к орбите электронов на прямолинейном участке, в момент, когда энергия электронов достигает

заданного значения, используются две подвижные диафрагмы (JXi) и (Д2) с расположенными за ними ФЭУ. Перемещая диафрагмы, можно зафиксировать минимум син-хротронного излучения, который соответствует расположению диафрагм на искомой оси. Диафрагмы, выставленные по минимуму излучения, задают направление луча лазера. Нами было проведено фотографирование скоростной кинокамеры синхротронного излучения с матового экрана, установленного на касательном патрубке. В результате установлено, что положение электронного пучка на прямолинейном участке взаимодействия является стабильным. В дальнейшем диафрагмы выставлялись с помощью фотобумаг, которые экспонировались синхротронным излучением. Распределение плотности синхротронного излучения такое, что можно было выделить минимум, соответствующий орбите электронов с наименьшей кривизной. Наличие этого минимума позволяет выставить котировочные диафрагмы как по вертикали, так и по горизонтали, чего нельзя сделать, когда взаимодействие осуществляется на криволинейном участке орбиты электронов, как это производилось в аналогичном эксперименте на 680 Мэв синхротроне в ФИАНЕ [5].

Для осуществления взаимодействия в момент, когда энергия ускоренных электронов достигает заданного значения, используется схема (см. рис. 2).

Импульс с синхрогенератора (СГ) синхротрона «Сириус» поступает на схему поджига лазера (СП) и схему задержки (СЗ). (СЗ) задерживает срабатывание схемы временной селекции (ВС) на 60 мксек, последняя запускает спектрометр (С) лишь за время излучения лазера. Лазер питается от схемы накачки (СН). Методика эксперимента является аналогичной методике, использованной в работе [5]. В настоящее время юстировка лазера закончена и ведутся работы по получению ожидаемого эффекта.

Приведенная работа позволяет надеяться в ближайшем времени получить поляризованный пучок - -квантов с энергией 60 Мэв и интенсивностью, достаточной для эксперимента.

ЛИТЕРАТУРА

!. Ф. P. А р V т ю п я н, В. А. Туманя и. Phvs. Leiters. 4, 176, 19G1

2. Ф. Р. А о V т ю и я н, И. И. Гольлман ЖЭТФ. 45, 312, 1903.

3. О. Ф. Куликов и др. Phvs. Letters, 13, 344. 196L

4. R. IL Mi ¡burn. Laser Beams SL*C Report, 4!, 196Г).

5. О. Ф. Куликов и др. ПТЭ, 4, 19G7.

Рис. 2. Блок-схема устройства, обеспечивающего встречу электронного и лазерного пучка в определенный момент времени