アンジュレータ
アンジュレータは、高エネルギー物理学の挿入装置であり、通常はより大きな装置であるシンクロトロン蓄積リングの一部である。アンジュレータは、双極子磁石の周期的な構造で構成されている。静磁場がアンジュレータの長さに沿って波長λ u {\displaystyle \lambda _{u}}で交互に発生する。
.周期的な磁石の構造を横切る電子は、振動を受けることを余儀なくされています。そのため、電子は電子磁気放射としてエネルギーを放出します。アンジュレータで生成された放射線は非常に強く、スペクトル内の狭いエネルギー帯に集中しています。また、光ビームは電子の軌道面上でコリメートされています。この放射線は、様々な科学分野の実験のためにビームラインを通って導かれています。
重要な無次元パラメータ
K = e B λ u 2 π β m e c {\displaystyle K={\frac {eB\lambda _{u}}}{2\pi \beta m_{e}c}}}}}}}}}}}}}} 
ここで、eは粒子の電荷、Bは磁場、β=v / c {\displaystyle \beta =v/c
} 、m e {\displaystyle m_{e}}は
電子の残りの質量、cは光速であり、電子の運動の性質を特徴づける。K ≪ 1 {displaystyle K\ll 1
}では、運動の振動振幅が小さく、エネルギー帯が狭くなる干渉パターンを示す。K ≫ 1 {displaystyle K\gg 1
}では、運動の振動振幅が大きく、各周期の放射線の寄与が独立して合計され、広いエネルギースペクトルが得られる。Kが1よりも大きくなると、アンジュレータとは呼ばれなくなり、ウィグラーと呼ばれるようになる。
物理学者は古典物理学と相対性理論の両方でアンジュレータを考えます。つまり、精密な計算は面倒ですが、アンジュレータはブラックボックスとして見ることができます。電子はこのブラックボックスに入り、電磁パルスは小さな出口スリットを通って出ていきます。スリットは主円錐だけが通るように小さくして、サイドローブを無視できるようにします。
アンジュレータは、単純な偏向電磁石の数百倍の磁束を得ることができるため、放射光施設での需要が高い。N回（N周期）繰り返すアンジュレータの場合、偏向電磁石よりも最大N 2 {\displaystyle N^{2}}
倍の明るさを得ることができる。輝度は、Ｎ回の放射期間中に放出される電界の建設的な干渉により、高調波長ではＮ倍まで増強される。通常のパルスは、いくつかの包絡線を持つ正弦波である。Ｎの第２の因子は、１／Ｎに比例して減少するこれらの高調波に関連する放出角の減少から来る。電子が半分の周期で来るとき、電子は破壊的に干渉する。そのため、アンジュレータは暗いままです。電子が数珠つなぎになって来た場合も同様です。電子の束はシンクロトロンを回れば回るほど広がっていくので、物理学者たちは、電子の束が広がる前に捨ててしまうような新しい機械を設計したいと考えています。この変化は、より有用な放射光を生み出すことになる。
永久磁石を用いて、アンジュレータを介して異なる周期の電子軌道を誘導することで、放出される放射線の偏光を制御することができる。発振が平面に限定されている場合、放射線は直線偏光になります。振動の軌道がらせん状の場合は、放射線は円偏光になり、螺旋状の場合は円偏光になります。
電子がポアソン分布に従う場合、部分的な干渉は強度の直線的な増加をもたらします。自由電子レーザーでは、電子の数に応じて強度が指数関数的に増加します。
物理学者は、アンジュレータの有効性をスペクトルの輝度で測定します。
オーストラリアのシンクロトロンの蓄積リングで放射光を発生させるために使用されている多極ウィグラー
アンジュレータの働き1：磁石、2：電子線、3：放射光
歴史
最初のアンジュレータは、1953年にスタンフォード大学のハンス・モッツとその同僚たちによって作られました。彼らのアンジュレータの一つは、世界で初めてコヒーレントな赤外線を発生させました。その全周波数範囲は可視光からミリ波まででした。ロシアの物理学者V.L.ギンズバーグは、アンジュレータが原理的に作れることを1947年の論文で示しました。
質問と回答
Q:アンジュレーターとは何ですか?
A:アンジュレータとは、高エネルギー物理学の装置で、双極子磁石の周期構造で構成されています。電子を強制的に振動させることで、狭いエネルギー帯域に集中した強い電磁波を発生させることができます。
Q: 電子運動の性質を特徴づけるパラメータは何ですか?
A: 重要な無次元パラメータK = eBλu/2πβmecc は、電子の運動の性質を特徴づけるものです。
Q: アンジュレーターと偏向電磁石の磁束の比較は?
A: アンジュレータは、単純な偏向磁石の何百倍もの磁束を供給することができます。
Q: アンジュレータを使用する場合、干渉は強度にどのような影響を与えるのでしょうか?
A: K≦1の場合、発振振幅は小さく、放射は干渉パターンを示し、狭いエネルギーバンドになります。K≧1の場合、振動振幅が大きくなり、各磁場周期からの放射寄与が独立に加算され、広いエネルギースペクトルになります。
Q: アンジュレータを使用する場合、どのように偏光を制御するのですか?
A: 永久磁石を用いて、アンジュレータ内に異なる周期の電子軌道を誘起することで偏光を制御することができます。振動が平面に限定されている場合は直線偏光、軌道がらせん状になっている場合は円偏光となり、その向きはらせんによって決まります。
Q: 自由電子レーザーの場合、電子の数によって強度はどのように変化するのか?
A: 電子がポアソン分布に従う場合、部分干渉によって強度は直線的に増加します。自由電子レーザーの場合、強度は電子の数によって指数関数的に増加します。
Q: 物理学者はアンジュレータの有効性をどのような指標で評価するのですか?
A:物理学者はアンジュレータの有効性を分光放射輝度という指標で評価します。
