Введение к работе
Актуальность проблемы. Диссертация посвящена экспериментальному исследованию одной из новых и антуальных проблем электромагнитного взаимодействия с веществом - ионизационным и радиационным потерям энергии заряженных частиц в монокрис-талличесних средах. На ионизационные и радиационные потери энергии ультрарелятивисгских частиц существенно влияет среда, в которой происходят эти процессы. В случае ионизационных потерь влияние среды приводит к их уменьшению за' счёт уменьшения области взаимодействия в поперечном направлении т.н. "эффент плотности". Влияние аморфной среды на радиационные потери проявляется в уменьшении области взаимодействия в продольном направлении, что также приводит к их уменьшению.
В отличие от аморфной периодическая среда может привести к увеличению интенсивности излучения его монохроматизации и поляризации. При определённых условиях в монокристаллической среде может возникнуть явление осевого или плосностного каналирования электронов (позитронов). В этом случае появляется новый вид излучения — спонтанное, которое имеет высокую спектральную плотность и малую угловую расходимость. Явление каналирования влияет и на суммарные радиационные и ионизационные потери энергии. Исследование радиационных и ионизационных потерь энергии релятивистскими электронами и позитронами в режиме каналирования язляется весьма актуальным в связи с практическим использованием когерентного тормозного излучения'(КТИ) и излучения при каналировании в физике высоких энергий и возможностью создания интенсивных гамма-пучков для прикладных задач. Кроме этого результаты ис-
следований позволит уточнить ряд положений теории КТИ, излучения при кашлировании, ионизационных потерь, эыиссии электронов из вещества и др.
Состояние исследуемого вопроса и цель работы. К началу настоящих экспериментальных исследований, которые были начаты в конце шестидесятых годов, существовало представление о том, что излучение в кристалле, а следовательно и радиационные потери энергии ультрарелятивистских электронов и позитронов достаточно полно можно описать используя КТИ, а ионизационные потери, многократное рассеяние не зависят от структуры вещества и для их описания достаточно теории, развитой для аморфных веществ. Влияние каналировэния на излучение и потери энергии не рассматривалось.
Основной целью настоящей работы являлось исследование явления каналировэния электронов и позитронов и его влияния на наиболее важные с физической точки зрения механизмы потерь энергии ультрарелятивистских электронов и позитронов. . Научная новизна работы. Основная часть результатов, включённых в диссертационную работу, получена впервые и затем подтверждена в других научных центрах страны и за рубежом. Тан, впервые экспериментально обнаружен зффент отклонения пучка протонов с энергией 8Л ГэВ изогнутым монокристаллом кремния. Впервые исследовано влияние эффекта канэлирова-ния электронов и позитронов и температуры нристалла на КТИ. Впервые исследованы спектральные характеристики ионизационных потерь энергии электронов и позитронов в режиме осевого каналировэния. Впервые исследована эмиссия электронов при прохождении релятивистских электронов и позитронов через
кристалл в зависимости от ориентации кристалла и экспериментально определены длины денаналирования электронов и позитронов с энергией 1.2 ГэВ в монокристалле нремния.
Значимость результатов исследований. Научная значимость состоит в том, что сщормулированные цели и полученные результаты составляют основу перспективного научного направления в экспериментальной физике электромагнитных взаимодействий ультрарелятивистских заряженных частиц с монокристаллами.
Систематические исследования электромагнитного взаимодействия заряженных частиц с монокристаллическими структурами позволили обнаружить целый ряд явлений, которые не находили объяснений в рамках существующих теорий, что способствовало развитию новых более совершенных теорий и стимулировали целый ряд исследований в других научных центрах. їак было с явлением отклонения пучка заряженных частиц изогнутым кристаллом, эмиссией вторичных электронов из мононристэллов, исследованием КТИ для случаев осевого и плоскостного кэналирова-ния.
Практическая ценность. Явление отклонения пучка заряженных частиц уае сейчас нашло практическое применение и к настоящему времени осуществлен вывод пучна протонов с помощью изогнутого кристалла в ОИЯИ, ИФВ5 и ФНАЛ.
Результаты исследований явлений эмиссии электронов из монокристаллов, КТИ, излучения при канзлировании, ионизационных и радиационных потерь могут быть использпваны для развития и создания теорий электромагнитного взаимодействия заряженных частиц с кристаллами.
Результаты исследований по радиационный и ионизационным потерям могут найти применение при создании интенсивных пуч-
ков тайма-излучения с высоной степенью монохроматичною поляризации.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту,
-
Экспериментальное обнаружение и исследование отклс ния протонов с энергией 8,4 ГэВ изогнутым мононристаллоы
-
Результаты экспериментальных исследований спентрал ного состава излучения электронов и позитронов, двикущихс вдоль кристаллографических осей и плоскостей и под малыми углами к ним.
-
Экспериментальное исследование когерентного тормозш го излучения электронов и позитронов в нристаллах.
-
Исследование влияния эффектов каналирования на интен сивность излучения электронов и позитронов в "лесткой" области спектра ( Еі,> 0,1 EQ).
-
Экспериментальные результаты по определению коэффициентов преобразования энергии электронов и позитронов в энергию гамма-излучения в мононристаллах кремния.
-
Экспериментальные результаты исследований спектральных характеристик ионизационных потерь энергии электронов и позитронов при различных углах ориентации кристаллографической оси относительно направления пучка частиц.
-
Обнаружение и исследование ориентационной зависимости выхода дельта-электронов из мононристаллических мишеней при прохождении через них ультрарелятивистских электронов и позитронов.
-
Определение длин деканалирования электронов и позитронов в монокристаллах кремния для оси fill] и плоскости (ПО).
9. Определение механизма образования низноэнергетичных
(Е 100 эВ) и вксоноэнергетичных электронов (дельта-элект
ронов) при взаимодействии релятивистсних электронов и позит
ронов с веществом.
10. Выводы, полученные из сравнения теоретических и экс
периментальных результатов.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации представлялись и докладывались на Международных конференциях по атомным столкновениям в твердых телах (Москва 1977 г., Лион 1981 г.), Международной конференции по ускорителям заряженных частиц высоких энергий (Протвино 1977 г.), Всесоюзных совещаниях по физике взаимодействия заряженных частиц с монокристаллами (Москва 1971,1973,1974,1975,1979,1981 гг), Всесоюзном совещании по излучению релятивистсних частиц (Северный Кавказ 1982).
Материалы, изложенные в диссертации, опубликованы в журналах "іЗІФ", "Письма в ЛЭТФ", "Ядерная физика", "Атомная энергия", "Приборы и техника эксперимента","Письма в 2ТФ", "Украинский физический журнал","Fhysiсs Letters","Eadiation Effects","№icl.Inst.and Methods" и других журналах, а танже в монографии "Coherent Eadiation sourees',' в виде препринтов ХФТИ, ОИШ и в сборниках ВАНТ.
Структура и-объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения; содержит 213 страниц машинописного текста, еключэя 64 рисунна и 168 ссылок на литера-
ГУРУ-
