[論文レビュー] How Magnetic Field Inhomogeneity of Plane Wiggler Affects Spontaneous Radiation of Electrons

Е. A. Ayryan, A. H. Gevorgyan+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 3被引用数 12

ひとこと要約

本稿は、平面ウィグルの磁場非一様性が相対論的電子の自発的放射に与える影響を調査する。速いウィグル振動の平均化により、磁場非一様性が放射スペクトルに追加のピークをもたらすことが明らかになった。これは、ウィグル運動に重ねて生じるストロフォトロン型電子運動が、放射特性に顕著な変化をもたらすことを示している。

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.

研究の動機と目的

• 平面ウィグルにおける磁場非一様性が自発的放射に与える影響を分析すること。
• 電子の軌道を遅い（ストロフォトロン型）運動と速い（ウィグル）運動の組み合わせとしてモデル化すること。
• 非一様場における有効な電子運動を記述する平均化された運動方程式を導出すること。
• 磁場非一様性が自発的放射のスペクトル分布にどのように影響を与えるかを特定すること。
• 非一様場と電子運動の相互作用によって生じる新たなスペクトル特徴を同定すること。

提案手法

• 古典的電磁力学を用いて、磁場非一様性を有する平面ウィグル内を運動する電子の運動方程式を導出する。
• 運動を速いウィグル振動と遅いストロフォトロン型ドリフトに分解する。
• 速いウィグル運動の平均化技術を適用し、遅い運動の有効な方程式を導出する。
• 平均化された電子軌道から自発的放射のスペクトル分布を計算する。
• 放射スペクトルを分析し、磁場非一様性によって生じる新たな特徴を同定する。
• 理論的分析は、磁場非一様性の変動に対するスペクトル特性の数値的評価によって裏付けられる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 平面ウィグルにおける磁場非一様性は、電子の自発的放射スペクトル分布にどのように影響を及えるか？
• RQ2 ウィグル運動と組み合わされたストロフォトロン運動が放射過程において果たす役割は何か？
• RQ3 非一様場と一様場における平均化された運動方程式は、どのように異なるか？
• RQ4 磁場非一様性によって、どのような新たなスペクトル特徴が放射スペクトルに現れるか？
• RQ5 磁場非一様性は、放射強度および放射分布の角度特性をどの程度増幅または歪曲させるか？

主な発見

• 磁場非一様性により、自発的放射スペクトルの分布に追加のピークが現れる。
• 電子運動は、遅いストロフォトロン運動と速いウィグル振動の2つの明確な成分から成る。
• 速い振動の平均化により、非一様性の影響を捉えた有効な運動方程式が得られる。
• ストロフォトロンドリフトとウィグル運動の結合により、放射スペクトルの構造が変化する。
• 非一様性に起因するスペクトル特徴は、磁場強度の空間的変化と定量的に関連している。
• 結果は、高度なウィグル設計における正確な放射モデル化において、磁場非一様性を無視できないことを示している。