Изучение генерации монохроматического излучения в субтерагерцовом диапазоне частот релятивистскими электронами при пролёте вблизи периодических мишеней

Попов, Константин Евгеньевич Отделение ядерно-топливного цикла (ОЯТЦ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе проведена экспериментальная проверка спектрально-угловых распределений дифракционного излучения от многослойной проводящей призмы, излучения Вавилова-Черенкова от тефлоновой призмы, а также исследован механизм отклонения банчированного релятивистского пучка электронов при транспортировке внутри диэлектрической гофрированной структуры.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 21
1 Обзор литературы……………………………………………………………………………………… 24
2 Теоретическая часть ………………………………………………………………………………….. 27
2.1 Дисперсионное соотношение для геометрии генерации ДИ от
многослойной мишенью ……………………………………………………………………………. 27
2.2 ИВЧ от диэлектрической призмы…………………………………………………………. 30
2.2.1 Угловое распределение ИВЧ ………………………………………………………….. 30
2.2.2 Спектральное распределение ИВЧ …………………………………………………. 32
2.3 Многослойная мишень как источник квази-ИВЧ………………………………….. 35
2.4 Расчет экспериментальных условий для постановки эксперимента на
микротроне НИ ТПУ…………………………………………………………………………………. 36
2.4.1 Микротрон НИ ТПУ ………………………………………………………………………. 36
2.4.2 Влияние TE мод плоского волновода на спектр излучения ……………… 38
2.4.3 Модуляция спектра излучения последовательностью сгустков ……….. 39
2.4.4 Спектроскопия излучения интерферометром Мартина-Паплетта ……. 40
2.5 Алгоритм обработки экспериментальных данных ………………………………… 44
3 Численное моделирование эксперимента …………………………………………………… 46
3.1 Измерения на стендовом ГГц излучателе……………………………………………… 46
3.2 Моделирование излучения на выведенном пучке микротрона ………………. 50
4 Экспериментальная часть ………………………………………………………………………….. 53
4.1 Измерение угловых зависимостей на стендовом ГГц-м излучателе ………. 53
4.2 Постановка эксперимента на микротроне …………………………………………….. 62
4.2.1 Общая схема постановки измерений ………………………………………………. 62
4.2.2 Измерения спектрально-угловых характеристик ИВЧ …………………….. 63
4.2.3 Измерение спектрально-угловых характеристик ДИ от многослойной
призмы…………………………………………………………………………………………………… 69
5 Исследование пассивных отклоняющих диэлектрически структур …………….. 75
5.1 Пучок линейного ускорителя KEK-LUCX ……………………………………………. 75
5.2 Схема эксперимента…………………………………………………………………………….. 76
5.3 Результаты эксперимента …………………………………………………………………….. 79
5.3.1 Алгоритм обработки данных ………………………………………………………….. 79
5.3.2 Измерения с пучком электронов пикосекундной длительности ………. 80
5.3.3 Измерения с пучком электронов фемтосекундной длительности …….. 82
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 84
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 85
6.1 Введение ……………………………………………………………………………………………… 85
6.2 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережений …………………………………………………………………………………… 86
6.2.1 Анализ конкурентных технических решений ………………………………….. 86
6.2.2 SWOT-анализ…………………………………………………………………………………. 88
6.3 Планирование научно-исследовательской работы ………………………………… 90
6.3.1 Структура работ в рамках научного исследования ………………………….. 90
6.3.2 Определение трудоёмкости выполнения работ ……………………………….. 92
6.3.3 Разработка графика проведения исследования………………………………… 93
6.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………………… 98
6.4.1 Расчёт материальных затрат …………………………………………………………… 99
6.4.2 Расчёт аммортизации специального оборудования для научного
исследования ……………………………………………………………………………………….. 100
6.4.3 Основная заработная плата труда исполнителей научного
исследования ……………………………………………………………………………………….. 103
6.4.4 Дополнительная заработная плата исполнителей научного
исследования ……………………………………………………………………………………….. 106
6.4.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ……… 107
6.4.6 Накладные расходы ……………………………………………………………………… 107
6.5 Формирование бюджета затрат научного исследования ……………………… 109
6.6 Определение финансовой, бюджетной экономической эффективности
исследования…………………………………………………………………………………………… 110
6.6.1 Интегральный показатель финасовой эффективности …………………… 110
6.6.2 Интегральный показатель ресурсоэффективности ………………………… 111
6.6.3 Интегральный показатель эффективности вариантов исполнения
разработки ……………………………………………………………………………………………. 112
7 Социальная ответственность……………………………………………………………………. 114
7.1 Введение ……………………………………………………………………………………………. 114
7.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …….. 116
7.2.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства………….. 116
7.2.2 Эргономические требования к рабочей зоне …………………………………. 117
7.3 Производственная безопасность ………………………………………………………… 120
7.3.1 Профессиональная социальная безопасность ………………………………… 120
7.3.2 Анализ вредных и опасных факторов, создаваемых объектом
исследования ……………………………………………………………………………………….. 120
7.3.3 Анализ вредных и опасных факторов, возникающие в лаборатории при
проведении исследований …………………………………………………………………….. 121
7.3.4 Вредные факторы …………………………………………………………………………. 122
7.3.5 Опасные факторы…………………………………………………………………………. 127
7.3.6 Мероприятия по защите от действия опасных и вредных факторов . 129
7.4 Экологическая безопасность………………………………………………………………. 133
7.4.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ……… 133
7.4.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ……. 134
7.4.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ……………. 134
7.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………… 135
7.5.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследования ……………………………………………………………………………………….. 135
7.5.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований …………………………………………………………………….. 135
7.5.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ………………………………………. 136
7.6 Список нормативных документов ………………………………………………………. 137
7.7 Заключение по разделу “Социальная ответственность” ………………………. 139
Выводы ……………………………………………………………………………………………………… 140
Список публикаций студента ……………………………………………………………………… 142
Список литературы ……………………………………………………………………………………. 143
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 147
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 159
Приложение С……………………………………………………………………………………………. 162

При прямолинейном и равномерном пролёте заряженной частицы в неоднородной среде или вблизи неоднородной среды возникает динамическая поляризация атомов среды, то есть возникают поляризационные токи, являющиеся источником вторичного электромагнитного поля. Данное вторичное электромагнитное поле носит название поляризационного излучения. Дифракционное излучение (далее ДИ) [1] и излучение Вавилова-Черенкова (далее ИВЧ) при пролёте заряженной частицы вблизи мишени [2] являются частными случаями поляризационного излучения.
Интенсивность резонансных ДИ и ИВЧ в инфракрасном диапазоне (далее ИК-диапазон) сравнима с интенсивностью переходного излучения (далее ПИ), широко применяемого в физике высоких энергий и диагностике пучков заряженных частиц. В отличие от переходного излучения (ПИ) дифракционное излучение (ДИ) генерируется без непосредственного взаимодействия заряженной частицы со средой, а только её кулоновским полем, что и вызывает динамическую поляризацию атомов мишени.
Генерация ДИ и ИВЧ в резонансных условиях (вблизи периодической структуры) коротким электронным сгустком обладает необходимыми свойствами для создания ГГц–ТГц источника на основе компактных линейных [3] или циклических ускорителей электронов (например микротрона [4]), а именно:
1. высокой интенсивностью излучения;
2. перестраиваемостью спектра;
3. высокой монохроматичностью излучения ~ 1% и выше.
Экспериментальные данные, представленные в работе [5, 6], подтверждают выше перечисленные характеристики. В работе [7] был рассмотрен случай генерации ПИ коротким электронным сгустком = 7.5 мкм от многослойной конической мишени, чья геометрия позволяет генерировать излучение до ГВт мощности в импульсе. Однако первый же взгляд на геометрию генерации, даёт понять, что мишень представляет из себя набор плоских волноводов с градиентом длины в поперечном направлении относительно вектора скорости электронного сгустка. Дифракционное излучение от периодической структуры волноводов будет иметь строго фиксированный спектр, заданный геометрическими размерами волновода, то есть выступать искуственным фильтром, что даёт преимущество в создании источника сверх-излучения [7, 8], создаваемого последовательностью электронных сгустков (в англоязычной литературе носит название “train” или “pre-bunched beam” в дальнейшем будет использоваться транслитирация слова – “трэин”).
Кроме вышеуказанного свойства волноводов, имеет смысл рассмотреть многослойную призму как мишень квази-ИВЧ. Также в связи с существенным вкладом резонансной структуры трэина в спектрально-угловые характеристики излучения, целесообразно провести эксперименты на ускорителе, работающем в режиме генерации одного электронного сгустка. Такие исследования были проведены на линейном ускорителе KEK-LUCX (организация KEK, г. Цукуба, Япония).
Целью данной работы является экспериментальная проверка спектрально-угловых зависимостей интенсивности излучения от многослойной призмы на микротроне НИ ТПУ, численное моделирование спектрально- угловых зависимостей в программном пакете CST Studio Suite для параметров пучка электронов микротрона НИ ТПУ и сравнение со спектрально-угловыми зависимостями ИВЧ от диэлектрической тефлоновой призмы.
Задачи, которые необходимо выполнить для достижения цели:
1. литературный обзор экспериментальных и теоретических работ по теме магистерской диссертации;
2. расчёт кинематических характеристик излучения от многослойной и тефлоновой призм;
3. написание программного кода для обработки экспериментальных данных на языке программирования Python 3.x;
4. численное моделирование в программном пакете Computer Simulation Technology Studio Suite (CST Studio Suite);
5. расчёт эксперимента на микротроне НИ ТПУ;
6. проведение измерений на экспериментальном стенде;
7. постановка эксперимента на микротроне НИ ТПУ;
8. обработка экспериментальных данных;
9. анализ сходимости экспериментальных данных с численным
моделированием;
10. формулирование выводов.
В перспективе рассмотреть модуляцию пучка электромагнитным полем
излучения от многослойной призмы для нужд создания компактного ТГц лазера на свободных электронах и пассивных отклоняющих диэлектрических структур на основе генерации ИВЧ в диэлектрической гофрированной структуре.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Разработка спектрометра фотонного излучения на основе pin-фотодиода
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)