[논문 리뷰] How Magnetic Field Inhomogeneity of Plane Wiggler Affects Spontaneous Radiation of Electrons

Е. A. Ayryan, A. H. Gevorgyan외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 11. 20.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 3인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 평면 위글러에서 자기장 비균일성이 상대론적 전자에서의 자발적 복사에 미치는 영향을 조사한다. 빠른 위글러 진동에 대해 운동 방정식을 평균화함으로써, 연구는 자기장 비균일성이 복사 스펙트럼에 추가적인 스펙트럼 피크를 유도함을 밝혀내며, 이는 위글러 운동 위에 초합성 운동을 하는 전자의 운동이 복사 특성에 상당한 영향을 미친다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

The spectral distribution of spontaneous emission of electrons moving in a plane wiggler with inhomogeneous magnetic field is calculated. We show that electrons do complicated motion consisting of slow(strophotron) and fast(undulator) parts. The equations of motion are averaged over fast undulator part and we obtain equations for connected motion. It is shown, that the account of inhomogenity of the magnetic field leads to appearance of additional peaks in the spectral distribution of spontaneous radiation.

연구 동기 및 목표

• 평면 위글러에서 자기장 비균일성이 자발적 복사에 미치는 영향을 분석하기.
• 전자의 궤적을 느린(스트로포트론) 운동과 빠른(위글러) 운동의 조합으로 모델링하기.
• 비균일한 자기장에서 효과적인 전자 운동을 기술하는 평균화된 운동 방정식 유도하기.
• 자기장 비균일성이 자발적 복사의 스펙트럼 분포에 어떻게 영향을 미치는지 규명하기.
• 비균일한 자기장과 전자 운동 간의 상호작용으로 인해 나타나는 새로운 스펙트럼 특징 식별하기.

제안 방법

• 고전 전자기학을 사용하여 자기장 비균일성이 있는 평면 위글러에서 전자의 운동 방정식 유도하기.
• 운동을 빠른 위글러 진동과 느린 스트로포트론형 이동으로 분해하기.
• 빠른 위글러 운동에 대해 평균화 기법 적용하여 느린 운동의 효과적 방정식 확보하기.
• 평균화된 전자 궤적에서 자발적 복사의 스펙트럼 분포 계산하기.
• 자기장 비균일성에 의해 유도된 새로운 특징을 식별하기 위해 복사 스펙트럼 분석하기.
• 다양한 자기장 비균일성 조건에서 스펙트럼 특성의 수치적 평가를 통해 이론적 분석 지원하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평면 위글러에서 자기장 비균일성은 전자의 자발적 복사 스펙트럼 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 위글러 운동과 결합된 스트로포트론 운동이 복사 과정에서 수행하는 역할은 무엇인가?
• RQ3 비균일한 자기장과 균일한 자기장에서 평균화된 운동 방정식은 어떻게 다른가?
• RQ4 어떤 새로운 스펙트럼 특징이 자기장 비균일성으로 인해 복사 스펙트럼에 나타나는가?
• RQ5 자기장 비균일성은 복사 강도 및 방사 강도 분포에 어느 정도 향상 또는 왜곡을 초래하는가?

주요 결과

• 자기장 비균일성은 자발적 복사 스펙트럼 분포에 추가 피크의 출현을 초래한다.
• 전자의 운동은 두 가지 별개의 구성요소로 이루어지며, 즉 느린 스트로포트론 운동과 빠른 위글러 진동이다.
• 빠른 진동에 대한 평균화는 비균일성의 영향을 반영하는 효과적 운동 방정식을 도출한다.
• 스트로포트론 이동과 위글러 운동 간의 결합으로 인해 복사 스펙트럼의 구조가 수정된다.
• 비균일성에 의해 유도된 스펙트럼 특징은 자기장 강도의 공간적 변화와 정량적으로 연관되어 있다.
• 결과적으로, 고도의 발전된 위글러 설계에서 정밀한 복사 모델링을 위해서는 자기장 비균일성을 간과할 수 없다는 것이 입증된다.