Формування пучків позитронів, поляризованих і неполяризованих електронів для ядерно-фізичних досліджень та модифікації властивостей матеріалів

Диссертация на соискание степени кандидата технических наук по специальности 01.04.20. - физика пучков заряженных частиц. - Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт", Харьков, 2002.

Диссертация посвящена проблеме создания универсального инжекторного комплекса для ускорителя ЛУЭ-2000 с пучками позитронов, поляризованных и неполяризованных электронов и применения их в физике высоких энергий и радиационных технологиях.

Создание новых дополнительных пучков в ижекторной части ускорителя связано с изменением традиционных технологий формирования пучка неполяризованных электронов, размещения оборудования источников и их систем управления.

Выполнены исследования технологических процессов генерации, формирования и ускорения пучков позитронов. Разработаны новые методы получения пучков поляризованных электронов с высокой эффективной интенсивностью (IP2) и энергией в десятки кэВ. В первом методе сильноточный пучок электронов направляется на свинцовую мишень. Электроны фронта токового импульса пучка испаряют свинец, а на образовавшейся газовой свинцовой мишени рассеиваются электроны остальной части импульса пучка, образуя пучок поляризованных электронов. Во втором методе электроны накапливаются на поверхности диэлектрика в магнитном поле. После окончания процесса релаксации спинов электроны отрываются от поверхности электрическим полем. В третьем методе пучок электронов пропускается через поток поляризованных атомов водорода. Образовавшиеся в результате ионизации поляризованные электроны удерживаются в электростатической ловушке до окончания импульса тока ионизирующего пучка, а затем выводятся с помощью импульсных напряжений. Проведенные расчеты и предварительные эксперименты показывают возможность получения пучков поляризованных электронов с током в сотни миллиампер в импульсе длительностью несколько микросекунд. Применение метода рассеяния на парах свинца позволяет получить степень поляризации ~ 40%, а методами поляризации электронов на поверхности диэлектрика и ионизации поляризованных атомов водорода - около 100%. Установлено, что по технологическим параметрам, временным и эксплуатационным характеристикам наиболее приемлемым является источник поляризованных электронов (ИПЭ) на основе ударной ионизации атомов водорода с электронной поляризацией. Он обладает большим током пучка при степени поляризации близкой к 100% и не имеет принципиальных ограничений на продолжительность непрерывной работы. При установке вспомогательного (дублирующего) ИПЭ на основе фотоэмиссии из кристаллов GaAsP с ограниченным ресурсом работы, но с непрерывно меняющимся реверсом поляризации, ускоритель может работать длительное время с поляризованными частицами, что позволяет исследовать процессы с малыми сечениями фоторождения элементарных частиц на циркулярно-поляризованных фотонах.

Исследованы технологические процессы формирования пучков поляризованных атомов водорода с СВЧ-диссоциацией для ИПЭ и создания плотной водородной СВЧ-плазмы для синтеза поликристаллических алмазных покрытий полупроводниковых материалов.

Исследованы радиационные процессы аморфно-кристаллических превращений и водородно-стимулированной аморфизации в объемной монокристаллической кремниевой матрице для формирования интерфейс структур в Si-фотопреобразователях солнечного излучения в электрическую энергию.

Ключевые слова: линейный ускоритель, инжектор, позитроны, поляризованные электроны, атомарный водород, интерфейс структуры, кремний.

Abstract

Yefimov V.P. Generation of positron, polarized and nonpolarized electron beams for nuclear physics studies and material characteristic modification. - Manuscript.

The thesis in candidacy of engineering sciences on a speciality 01.04.20. - the physics of beams of charged particles. - National Science Centre the Kharkov Institute of Physics and Technology, Kharkov, 2002.

The thesis is devoted to the problem of creating a versatile injector complex for the electron linear accelerator LUE-2000 to produce beams of positrons, polarized and nonpolarized electrons for their application in high-energy physics and radiation technologies.

The production of new additional beams in the injector part of the accelerator is connected with changes in the traditional technologies of nonpolarized electron beam formation, arrangement of associated equipment and control systems of the sources.

Investigations were made into the technological processes of positron beam generation, formation and acceleration; new ways in generation of polarized electron beams with a high effective intensity were found. The polarized electron source (PES) based on the impact ionization of hydrogen atoms with electron polarization was established to be most acceptable in the technological parameters, time - operational characteristics. It has a high beam current at a degree of polarization close to 100% and has practically no restrictions on the time of continuous operation. With installation of an auxiliary (back-up) PES based on photoemission from GaAsP crystals with a restricted operation time but with a continuous polarization reversal, the accelerator can be operated for a long time with polarized particles, that makes it possible to investigate the processes with low cross sections for elementary particle photoproduction by circularly polarized photons.

Studies were also made into the technological processes of forming polarized atomic hydrogen beams with microwave dissociation, and of generating dense hydrogen SRF-plasma for synthesis of polycrystalline diamond coatings on semiconductor materials.

Radiation processes of amorphous-crystalline transformations and hydrogen-stimulated amorphization in the bulk single-crystal silicon matrix were investigated for the purpose of forming interface structures in Si- photoconverters of solar radiation to electric energy.

Key words: linear accelerator, injector, positrons, polarized electrons, atomic hydrogen, interface structure, silicon.

Размещено на Allbest.ru