 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
|||||||||||
 |
 |
 |
 |
|
||||||||
 |
 |
|
||||||||||
 |
|
|||||||||||
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
||||
 |
|
|||||||||||
 |
|
|||||||||||
| XAS | ||||||
| Absorpcija rentgenske svetlobe |
||||||
 |
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
| Izviri rentgenske svetlobe |
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
| Rentgenska optika |
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
IZVIRI RENTGENSKE SVETLOBE
Uklonski magnet
Izvir sinhrotronske svetlobe so visokoenergijski elektroni, ki krožijo v shranjevalnem obroču. Elektroni v obroču niso porazdeljeni zvezno, ampak so združeni v pakete. Sinhrotronska svetloba se izseva, ko se tak paket elektronov giblje po magnetnem polju [5,6]. Nabiti delci v homogenem magnetnem polju potujejo po krožni trajektoriji, gibljejo se torej pospešeno in zato sevajo. Zaradi zelo visokih energij elektronov (2 GeV) pridejo do izraza relativistični efekti, ki povzročijo, da se tako rekoč vsa sinhrotronska svetloba izseva v ozek konus v smeri gibanja elektronov. Spekter sinhrotronske svetlobe je zvezen. Razteza se prek celotnega ultravijoličnega v rentgensko področje.
V shranjevalnem obroču ELETTRA [7] je vgrajenih 24 uklonskih magnetov (dipolnih magnetov s homogenim magnetnim poljem), ki primarno skrbijo za to, da se elektroni gibljejo po predpisani krožni poti. Vsak odkloni elektronski žarek za 15
. Uklonski magneti so hkrati tudi izviri sinhrotronske svetlobe.
Na ravnih odsekih med posameznimi uklonskimi magneti so pri ELETTRI vgrajene posebne magnetne strukture - viglerji in undulatorji [8], ki jih uporabljajo zgolj kot izvire sinhrotronske svetlobe. Ti specializirani izviri presegajo po svetlosti uklonske magnete za nekaj velikostnih redov.
Žarkovna linija uporablja uklonski magnet kot izvir sinhrotronske svetlobe. Vzrok za tako izbiro je praktične narave. Pri predvidenih eksperimentih potrebujemo rentgensko svetlobo. Undulatorji pri ELETTRI so konstruirani kot izviri ultravijolične svetlobe, edini vgrajeni vigler, ki je sicer zelo svetel izvir rentgenske svetlobe, pa je že zaseden z dvema drugima žarkovnima linjama.
E (GeV) |
Bo (T) |
R (m) |
|
|
|
|
1.5 |
0.891 |
5.5 |
75 |
20 |
184 |
5 |
2.0- |
1.212 |
5.5 |
100 |
27 |
245 |
7 |
Tabela 1: Gostota magnetnega polja (B), krivinski radij (R) elektronske trajektorije in nominalne velikosti (
,
) in divergence (
, 
) elektronskega žarka na mestu izvira sinhrotronske svetlobe v uklonskem magnetu so podani za energije elektronov v shranjevalnem obroču E = 1.5 GeV oziroma 2.0 GeV. (Prostorska in kotna porazdelitev elektronov v posameznem paketu je približno Gaussova, zato za dimenzije navajamo kar standardno deviacijo 
.)
Nekatere bistvene karakteristike uklonskega magneta [9] so zbrane v Tabeli 1. V tabeli 2 so navedene glavne lastnosti sinhrotronske svetlobe iz uklonskega magneta.
Celotni izsevani svetlobni tok iz uklonskega magneta je odvisen od energije elektronov v obroču E, števila elektronov oziroma toka I elektronov in od gostote magnetnega polja B v uklonskem magnetu [5]:
 |
(1) |
Spekter izsevane svetlobe karakterizira kritična energija izsevanih fotonov (
), ki razdeli spekter izsevane moči na dva enaka dela. Spekter se premakne k višjim energijam pri višijh energijah elektronov ter pri manjših krivinskih radijih R v magnetnem polju, torej pri višjih magnetnih poljih:
 |
(2) |
E (GeV) |
|
|
P (kW) |
P' (W/mrad) |
P'' (W/mrad2) |
1.5 |
1.4 |
9.1 |
32 |
5.2 |
10.0 |
2.0 |
3.2 |
3.2 |
103 |
16.4 |
42.0 |
Tabela 2: Parametri uklonskega magneta [9], kot izvira sinhrotronske svetlobe za energije elektronov 1.5 GeV oziroma 2.0 GeV in pri toku 400 mA: kritična energija , ustrezna kritična valovna dolžina 
, celotna izsevana moč P, ter svetlobni tok na enoto horizontalnega kota (P'), oziroma na enoto prostorskega kota (P'').
V tabeli 3 so podane velikosti in divergence izvira sinhrotronske svetlobe v uklonskem magnetu [9]. Velikosti 
in 
so v dobrem približku kar enake dimenzijam elektronskega žarka. Vertikalno divergenco izvira 
dobimo s konvolucijo vertikalne divergence elektronskega žarka in vertikalnega razpona kotov, v katerega seva posamezen elektron (
):
 |
(3) |
pri čemer upoštevamo, da je kotna porazdelitev sinhrotronske svetlobe, ki jo izseva posamezen elektron približno Gaussova s standardno deviacijo [5]:
 |
(4) |
Horizontalna divergenca 
izsevane svetlobe je bistveno večja od vertikalne, zaradi ukrivljene trajektorije elektronov v horizontalni ravnini. V uklonskem magnetu elektroni potujejo po krožnem loku v razponu 15. Na celotni poti sevajo v smeri tangente na krožnico. Izsevani svetlobni tok na enoto horizontalnega kota je konstanten. Izhodno okno za sinhrotronsko svetlobo iz uklonskega magneta zajame svetlobo v razponu 65 mrad. Svetlobni snop je razdeljen na tri veje, tako da je iz enega uklonskega magneta mogoče napajati tri žarkovne linije. Vsaka veja zajame 7 mrad horizontalne divergence.
Spekter svetlosti sinhrotronske svetlobe iz uklonskega magneta pri ELETTRI je prikazan na sliki 2. Za primerjavo so podane tudi svetlosti posebnih izvorov sinhrotronske svetlobe (vigler, undulator) pri istem sinhrotronu.
E (GeV) |
|
|
|
|
1.5 |
192 |
20 |
7000 |
171 |
2.0 |
203 |
27 |
7000 |
172 |
Tabela 3: Velikost (, ) in divergenca (, ) svetlobnega izvira v uklonskem magnetu pri energiji elektronov 1.5 GeV oziroma 2.0 GeV. (Ploskovna in kotna porazdelitev fotonov po preseku žarka je približno Gaussova, zato za dimenzije navajamo standardno deviacijo , kot pri elektronskem žarku.)
Slika 2: Spektralna svetlost različnih izvirov pri ELETRI pri energiji elektronov 2 GeV. BM - uklonski magnet; W - vigler; U - undulator
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
