Studies and applications of doppler effect for electron polarization and diagnostics of electron beams

Abstract

The Doppler effect at the electron cyclotron resonance (ECR) was studied experimentally. Both a non-relativistic and a relativistic Doppler effect at ECR was detected. Using Doppler effect at ECR, it was developed the method of measuring the electron energy distribution function for electron beams with energies from non-relativistic to relativistic ones. Measurements were made for non-relativistic electron beams in case of three experimental schemes: close RF cavities, open microwave resonator, and propagation of microwaves in free space. A new method of polarization of free electrons was considered that based on the special mode of microwave pumping using Doppler effect at the electron spin resonance in an external uniform magnetic field.

Робота по розщепленню ядер літію прискореними протонами, що була виконана в 1932 р. в УФТІ, в Харкові, визначила подальший швидкий прогрес у розвитку прискорювальної техніки та ядерної фізики. Поряд з цим розвивалися нові типи джерел ядерних частинок із спеціальними параметрами та нові методи їх діагностики. В цьому зв’язку в даній роботі розглядається використання ефекту Доплера для поляризації вільних електронів та для визначення функції розподілу електронів по енергіям в електронних пучках. Розглянуто наступні питання. Експериментально досліджено ефект Доплера на електронному циклотронному резонансі (ЕЦР). Було здійснено виміри як нерелятивістського, так і релятивістського ефекту Доплера. Із використанням ефекту Доплера на ЕЦР був розроблений метод виміру функції розподілу електронів по енергіям для нерелятивістських та релятивістських пучків. Виміри були проведені для нерелятивістських пучків у випадку трьох експериментальних схем: зачинені ВЧ резонатори, відчинений мікрохвильовий резонатор, схема розповсюдження хвиль у вільному просторі або у хвилеводах. Крім того, розглядався новий метод поляризації вільних електронів, заснований на спеціальній схемі мікрохвильової накачки із використанням ефекту Доплера на електронному спіновому резонансі у зовнішньому однорідному магнітному полі.

Работа по расщеплению ядер лития ускоренными протонами, выполненная в 1932 г. в УФТИ, в Харькове, определила дальнейший быстрый прогресс в развитии ускорительной техники и ядерной физики. Наряду с этим развивались новые типы источников ядерных частиц со специальными параметрами и новые методы их диагностики. В этой связи в данной работе рассмотрено применение эффекта Доплера для поляризации свободных электронов и для определения функции распределения электронов по энергиям в электронных пучках. Рассмотрены следующие вопросы. Экспериментально исследован эффект Доплера на электронном циклотронном резонансе (ЭЦР). Проведены измерения как нерелятивистского, так и релятивистского эффекта Доплера. С использованием эффекта Доплера на ЭЦР разработан метод измерения функции распределения электронов по энергиям для нерелятивистских и релятивистских пучков. Измерения были проведены для нерелятивистских пучков в случае трех экспериментальных схем: закрытые ВЧ резонаторы, открытый микроволновый резонатор, схема распространения волн в свободном пространстве или в волноводах. Кроме того, рассмотрен новый метод поляризации свободных электронов, который основан на специальной схеме микроволновой накачки с использованием эффекта Доплера на электронном спиновом резонансе во внешнем однородном магнитном поле.