Вісник НАН України. 2018. № 8. С.75-79
https://doi.org/10.15407/visn2018.08.076

КИРИЛЛІН Ігор Володимирович —
кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник відділу електродинаміки високих енергій у речовині Інституту теоретичної фізики ім. О.І. Ахієзера Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
https://orcid.org/0000-0003-3625-7521
Scopus Author ID: 36844175200

МЕХАНІЗМИ ВІДХИЛЕННЯ ПУЧКІВ ВИСОКОЕНЕРГЕТИЧНИХ ЗАРЯДЖЕНИХ ЧАСТИНОК ЗІГНУТИМИ КРИСТАЛАМИ. ТЕОРІЯ ТА ЕКСПЕРИМЕНТИ ЦЕРН
За матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 30 травня 2018 року

Відхилення заряджених частинок високих енергій — це важливе завдання фізики прискорювачів. Для відхилення таких частинок можна використовувати електромагнітні системи або зігнуті кристали. Обидва варіанти мають свої переваги та недоліки. Головними перевагами зігнутих кристалів є їх компактний розмір, відсутність необхідності охолодження та низькі витрати електроенергії, завдяки чому в багатьох прискорювальних центрах зігнуті кристали застосовують для виведення пучків з кільцевих прискорювачів та для колімації пучків.
Ключові слова: високоенергетичні заряджені частинки, зігнуті кристали, відхилення пучків заряджених частинок.

При русі високоенергетичної зарядженої частинки в кристалі під невеликим кутом до однієї з головних кристалічних осей або площин її траєкторія визначається переважно полем безперервного потенціалу кристалічних атомних ланцюжків або площин [1]. У зігнутому кристалі такий рух у полі зігнутих ланцюжків атомів або зігнутих атомних площин дає можливість відхиляти заряджені частинки від їх початкового напрямку руху.

Є три основні механізми відхилення пучків заряджених частинок при їх проходженні крізь зігнутий кристал. Перший — площинне каналювання [2, 3]. Цей механізм має місце, коли заряджені частинки рухаються в площинному каналі, утвореному сусідніми зігнутими атомними площинами. Частинки при проходженні крізь кристал в умовах площинного каналювання відхиляються на кут, який дорівнює куту вигину кристала. Площинне каналювання є ефективнішим для позитивно заряджених частинок, ніж для негативно заряджених. Це зумовлено тим, що негативно заряджені частинки притягуються атомними ядрами, розсіяння на яких приводить до переходу з підбар’єрних станів до надбар’єрних, тобто до деканалювання.

Зменшити вплив некогерентного розсіяння на ядрах на ефективність відхилення частинок можна застосуванням механізмів відхилення, пов’язаних з когерентною взаємодією надбар’єрних частинок з атомними ланцюжками та площинами зігнутого кристала. Одним із двох таких механізмів є об’ємне відбиття [4]. При об’ємному відбитті частинки, що рухаються у зігнутому кристалі в надбар’єрних станах щодо площинних потенціальних каналів, відхиляються в напрямку, протилежному до напрямку викривлення кристала. Об’ємне відбиття ефективне як для позитивно, так і для негативно заряджених частинок, але кути відхилення є набагато меншими, ніж у разі площинного каналювання в зігнутому кристалі.

Третій механізм, який називають стохастичним відхиленням, полягає в розсіянні надбар’єрних частинок у полі зігнутих кристалічних атомних ланцюжків [5]. Стохастичний механізм відхилення ефективний і для позитивно, і для негативно заряджених частинок, що розсіюються на зігнутому кристалі, і дає змогу відхиляти більшу частину пучка частинок на кут вигину кристала (як при площинному каналюванні) з ефективністю відхилення в одному напрямку, близькою до 100%.

Стохастичний механізм відхилення заряджених частинок високої енергії було передбачено на основі результатів комп’ютерного моделювання руху частинок у зігнутому кристалі, проведеного співробітниками Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України (ННЦ ХФТІ) М.Ф. Шульгою і А.А. Гриненком у 1991 р. [5]. У 1995 р. вони отримали критерій, який визначає можливість відхилення пучка швидких заряджених частинок за допомогою стохастичного механізму відхилення [6]. Цей критерій пов’язує товщину кристала L, радіус його вигину R, середню довжину вільного пробігу частинок між зіткненнями з сусідніми атомними ланцюжками l та критичний кут осьового каналювання ψс [1]

Повний текст