© Евгений Александрович Григорьев

Лазер на свободных электронах.

Показана возможность создания лазера на свободных электронах,
перестраиваемого до видимого диапазона лучей.

В настоящее время интенсивно развивается релятивистская электроника. Значительное место в ней занимают устройства, которые называются Лазерами на Свободных Электронах (ЛСЭ) (1, 2,). Их принцип основан на том, что движущаяся заряженная частица (ДЗЧ) приводится в колебательное движение поперек направления своего движения. При этом возникает излучение в малом телесном угле вперед по направлению движения ДЗЧ. Это излучение зависит от продольной скорости ДЗЧ, и шага ондулятора (см. ниже). Оно может быть когерентным, что и дало название ЛСЭ.
Для того, чтобы частица имела поперечные колебания, применяется система называемая ондулятором. По принципу воздействия на ДЗЧ ондуляторы делятся на электростатические и магнитные.
Здесь рассматривается магнитная система (Рис. 1).

Рис. 1

Недостатком существующих ондуляторов является то, что для создания необходимого магнитного поля (МП) используются постоянные электромагниты с сердечником. Это конструктивно ограничивает шаг ондулятора - Lонд ( период изменения МП в системе).
Для создания интенсивного пучка ДЗЧ и увеличения выходной мощности ЛСЭ, может быть применена многоканальная схема со сложением отдельных пучков (Рис. 2)

Рис. 2

На Рис.2 показаны:
1. Первичные пучки ДЗЧ.
2. Рассеивающая магнитная линза.
3. Суммарный пучок ДЗЧ.
4. Ондулятор.
5. Выходное излучение.

Особенностями данной схемы являются:
1. Применение для сборки пучков универсальной магнитной линзы в рассеивающем режиме, что уменьшает апертуру суммарного пучка ДЗЧ.
2. Применение магнитного ондулятора со сверхмалым, регулируемым периодом, что позволяет значительно повысить частоту выходного излучения.

При увеличении энергии излучаемого кванта до 80MeV, становится возможной фотоядерная реакция: ₈₃Bi²⁰⁹+80MeV→₇₉Au¹⁹⁷+2₂He⁴+4₀n¹. Появляется возможность фотоядерного разложения радиоактивных и обычных материалов.

Источником ДЗЧ могут быть электронные и ионные пушки, радиоактивные источники высокой интенсивности (Co, Sr …), космические лучи и солнечный ветер, ТРЕГ (Рис.3).

Рис. 3

На Рис.3 показаны:
1. Секционированная тороидальная катушка с током I (могут быть использованы обмотки электродвигателей различного типа, мощности и назначения);
2. Тороидальное плазменное образование с ДЗЧ (увеличено); оно может быть инициировано путем электрического разряда в парах H₂O, CH₄, NH₃ и других водородосодержащих веществ.
3. МП, исполняющее роль ондулятора.
4. Свободный электрон, образовавшийся при ионизации нейтральной частицы.
5. Выходное излучение.

Пунктиром показаны дополнительные управляющие слаботочные обмотки . Они используются для создания слабого МП, которое однонаправлено с основным МП и вращается путем последовательного цикличного переключения обмоток.
Это МП - для динамического выравнивания возможных технологических неоднородностей основного МП.

Естественно, что будут реализовываться и обычные механизмы лазерного излучения, так как плазма в устройстве будет состоять из возбужденных ионов легких элементов и их изотопов.