Первый эксперимент на установке LUCX показал перспективность предложенной учеными МИФИ схемы для генерации ТГц излучения

3 марта в High Energy Accelerator Research Organization, KEK, Япония состоялся международный научный семинар AGTaX (Advance Generation of THz and X-ray). В подготовке и проведении семинара определяющее участие традиционно принимают сотрудники кафедры №67 «Физика конденсированных сред», группа «Излучение релятивистских частиц».

В семинаре приняли участие ученые из Великобритании (University of Oxford, Royal Holloway University of London), Японии (КЕК). Одним из вузов, представивших Россию, стал НИЯУ МИФИ. Семинар был посвящен обсуждению различных схем генерации терагерцового излучения с использованием компактных электронных ускорителей. Доклады делали представители групп, сотрудничающих в рамках этих исследований: от University of Oxford, от НИЯУ МИФИ и от экспериментальной группы, работающей непосредственно на установке LUCX в КЕК.

Обзорный доклад по терагерцовым исследованиям, проводимым в University of Oxford, сделал профессор George Doucas, и о двух частных задачах рассказали аспиранты Оксфордского университета H. Harrisson и H. Zhang.

Доклад ассистента кафедры №67 «Физика конденсированных сред» НИЯУ МИФИ Дарьи Сергеевой был посвящен теоретическому описанию эффекта резкого усиления электромагнитного излучения за счет подключения когерентного механизма генерации при использовании микробанчированных сгустков на установках типа лазеров на свободных электронах (Free Electron Laser, FEL) - преимущественно для рентгеновского излучения, или цепочек сгустков на компактных ускорителях электронов – этот расчет проведен специально для параметров установки LUCX (КЕК).

Еще один, совместный с МИФИ доклад, был посвящен экспериментальным исследованиям, выполненным в феврале 2016 г. на микротроне в Томске с целью наблюдения конического эффекта в излучении Смита-Парселла, аналитическое описание которого было впервые опубликовано в работе D.Yu. Sergeeva, A.A. Tishchenko, M.N. Strikhanov, Conical diffraction effect in optical and x-ray Smith-Purcell radiation, Phys. Rev. ST AB 18, 052801 (2015). Предварительные экспериментальные результаты полностью подтверждают наличие эффекта; в рабочих планах группы проведение детального сравнения теоретических оценок с экспериментальными данными. Эффект перспективен для невозмущающей диагностики сгустков на ускорителях, в том числе коллайдерах и установках типа FEL, а также для разработки мощных источников терагерцового излучения с перестраиваемым спектром.

Профессор А.П. Потылицын, главный научный сотрудник НИЯУ МИФИ, сделал доклад по теме когерентного излучения сгустков, повернутых относительно направления движения. Такая необычная геометрия характерна для недавно предложенных схем с поворотом пучка, и перспективна для FEL, а также при работе с аттосекундными сгустками, использование которых будет новым серьезным шагом в дизайне и характеристиках источников электромагнитного излучения. Первые теоретические оценки показывают, что при этом в переходном излучении может наблюдаться хорошо выраженный эффект сдвига положения пика по углам, что сильно облегчает диагностику таких пучков. Предварительное осмысление этих результатов показывает много общего с физикой так называемых сверхсветовых источников (почему существование таких источников не противоречит специальной теории относительности, заинтересованный читатель может узнать, например, из книги В.Л. Гинзбурга «Теоретическая физика и астрофизика. Дополнительные главы»).

Доклад от лица экспериментальной группы делал Александр Арышев. Проведенный на установке LUCX эксперимент с капиллярной диэлектрической структурой показал яркие и четкие пики излучения в терагерцовом диапазоне. Данная структура была предложена ранее в МИФИ (см., например, A.A. Ponomarenko, M.I. Ryazanov, M.N. Strikhanov, A.A. Tishchenko, Terahertz Radiation from Electrons Moving through a Waveguide with Variable Radius, based on Smith-Purcell and Cherenkov Mechanisms, Nucl. Instr. and Meth. B 309, 223 (2013) и ряд последующих публикаций в этом же журнале) группой, в которую входят сотрудники и аспиранты кафедры №67, и изготовлена в Японии, в конце 2015 года.

Сотрудники обеих групп, из МИФИ и из КЕК, получили большое количество материала для сравнения теории, моделирования и эксперимента. Предстоит большая работа по осмыслению полученных данных и оптимизации схемы, с целью разработки эффективного интенсивного источника излучения терагерцового диапазона.

Разрабатываемый источник электромагнитных волн ТГц-диапазона основан на излучении релятивистских электронов в компактных ускорителях, и востребован для прикладных исследований в области физики, биологии и медицины, а также имеет потенциал оптимизации существующих систем безопасности, при использовании его в режиме интроскопии на таможнях, терминалах, местах большого скопления людей.