Изучение генерации монохроматического излучения в субтерагерцовом диапазоне частот релятивистскими электронами при пролёте вблизи периодических мишеней
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.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (826 отзывов)
0 (13 отзывов)
4 (15 отзывов)
5 (174 отзыва)
4.8 (30 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
5 (44 отзыва)
4.8 (37 отзывов)
5 (154 отзыва)
