Dalgalandırıcı
Bir undülatör, yüksek enerji fiziğinden bir yerleştirme cihazıdır ve genellikle daha büyük bir kurulumun, bir senkrotron depolama halkasının bir parçasıdır. Dipol mıknatısların periyodik bir yapısından oluşur. Statik bir manyetik alan, undülatörün uzunluğu boyunca λ u {\displaystyle \lambda _{u}} dalga boyu ile değişmektedir. 
. Periyodik mıknatıs yapısından geçen elektronlar salınımlara maruz kalmaya zorlanır. Böylece elektronlar elektronmanyetik radyasyon olarak enerji yayarlar. Bir undülatörde üretilen radyasyon çok yoğundur ve spektrumdaki dar enerji bantlarında yoğunlaşır. Işık demeti de elektronların yörünge düzlemi üzerinde toplanır. Bu radyasyon, çeşitli bilimsel alanlardaki deneyler için ışın hatları aracılığıyla yönlendirilir.
Önemli boyutsuz parametre
K = e B λ u 2 π β m e c {\displaystyle K={\frac {eB\lambda _{u}}{2\pi \beta m_{e}c}} 
Burada e parçacık yükü, B manyetik alan, β = v / c {\displaystyle \beta =v/c}
, m e {\displaystyle m_{e}}
elektron durgun kütlesi ve c ışık hızıdır, elektron hareketinin doğasını karakterize eder. K ≪ 1 {\displaystyle K\ll 1}
için hareketin salınım genliği küçüktür ve radyasyon dar enerji bantlarına yol açan girişim desenleri sergiler. K ≫ 1 {\displaystyle K\gg 1}
ise salınım genliği daha büyüktür ve her alan periyodundan gelen radyasyon katkıları bağımsız olarak toplanarak geniş bir enerji spektrumuna yol açar. K 1'den çok daha büyük olduğunda, cihaz artık undulator olarak adlandırılmaz; wiggler olarak adlandırılır.
Fizikçiler dalgalanmalar hakkında hem klasik fiziği hem de göreliliği kullanarak düşünürler. Bu, hassas hesaplama sıkıcı olsa da undülatörün bir kara kutu olarak görülebileceği anlamına gelir. Bir elektron bu kutuya girer ve elektromanyetik bir darbe küçük bir çıkış yarığından çıkar. Yarık sadece ana koninin geçeceği kadar küçük olmalıdır, böylece yan loblar göz ardı edilebilir.
Undülatörler, basit bir bükme mıknatısından yüzlerce kat daha fazla manyetik akı sağlayabilir ve bu nedenle senkrotron radyasyon tesislerinde yüksek talep görmektedir. N kez (N periyot) tekrar eden bir undülatör için parlaklık, bükülen bir mıknatıstan N 2 {\displaystyle N^{2}}
kadar daha fazla olabilir. N radyasyon periyodu boyunca yayılan alanların yapıcı girişimi nedeniyle harmonik dalga boylarında yoğunluk N katına kadar artar. Olağan darbe, bir miktar zarfa sahip bir sinüs dalgasıdır. İkinci N faktörü, bu harmoniklerle ilişkili emisyon açısının 1/N ile orantılı olarak azalmasından kaynaklanır. Elektronlar periyodun yarısı ile geldiklerinde, yıkıcı bir şekilde etkileşirler. Böylece undülatör karanlık kalır. Elektronlar boncuk zinciri olarak gelirse de aynı durum geçerlidir. Elektron demetleri senkrotronun etrafında ne kadar çok dolaşırsa o kadar çok yayıldığından, fizikçiler elektron demetlerini yayılma şansı bulamadan dışarı atan yeni makineler tasarlamak istiyorlar. Bu değişiklik daha faydalı senkrotron radyasyonu üretecektir.
Yayılan radyasyonun polarizasyonu, undülatör boyunca farklı periyodik elektron yörüngelerini indüklemek için kalıcı mıknatıslar kullanılarak kontrol edilebilir. Salınımlar bir düzlemle sınırlandırılırsa, radyasyon doğrusal olarak polarize olacaktır. Eğer salınım yörüngesi sarmal ise, radyasyon dairesel olarak polarize olur ve sarmal tarafından belirlenir.
Elektronlar Poisson dağılımını takip ediyorsa, kısmi bir girişim yoğunlukta doğrusal bir artışa yol açar. Serbest elektron lazerinde yoğunluk elektron sayısı ile üstel olarak artar.
Fizikçiler bir undülatörün etkinliğini spektral parlaklık açısından ölçerler.
Dalgalandırıcının çalışması. 1: mıknatıslar, 2: elektron ışını, 3: sinkrotron radyasyonu
Senkrotron radyasyonu üretmek için Avustralya Senkrotronundaki depolama halkasında kullanılan çok kutuplu bir oynatıcı
Tarih
İlk undülatör Hans Motz ve çalışma arkadaşları tarafından 1953 yılında Stanford'da inşa edilmiştir. Onların undülatörlerinden biri ilk tutarlı kızılötesi radyasyonu üretti. Toplam frekans aralığı görünür ışıktan milimetre dalgalarına kadar uzanıyordu. Rus fizikçi V.L. Ginzburg 1947 tarihli bir makalesinde prensip olarak undülatörlerin yapılabileceğini göstermiştir.
Sorular ve Yanıtlar
S: Bir undülatör nedir?
C: Bir undülatör, dipol mıknatısların periyodik bir yapısından oluşan yüksek enerji fiziğinden bir cihazdır. Elektronları salınımlara zorlar, bu da dar enerji bantlarında yoğun ve konsantre elektromanyetik radyasyon üretir.
S: Elektron hareketinin doğasını hangi parametre karakterize eder?
C: Önemli boyutsuz parametre K = eBλu/2πβmecc elektron hareketinin doğasını karakterize eder, burada e parçacık yükü, B manyetik alan, β = v/c , me elektron dinlenme kütlesi ve c ışık hızıdır.
S: Bir undülatör, manyetik akı açısından bir bükme mıknatısı ile nasıl karşılaştırılır?
C: Dalgalandırıcılar basit bir bükme mıknatısından yüzlerce kat daha fazla manyetik akı sağlayabilir.
S: Bir undülatör kullanırken girişim yoğunluğu nasıl etkiler?
C: Eğer K ≤ 1 ise, salınım genliği küçüktür ve radyasyon dar enerji bantlarına yol açan girişim desenleri gösterir. K ≥ 1 ise, salınım genliği daha büyüktür ve her alan periyodundan gelen radyasyon katkıları bağımsız olarak toplanır ve geniş enerji spektrumuna yol açar.
S: Bir undülatör kullanırken polarizasyon nasıl kontrol edilebilir?
C: Polarizasyon, undülatör boyunca farklı periyodik elektron yörüngelerini indüklemek için kalıcı mıknatıslar kullanılarak kontrol edilebilir. Salınımlar bir düzlemle sınırlıysa, radyasyon doğrusal olarak polarize olacaktır; yörünge sarmal ise, radyasyon sarmal tarafından belirlenen el ile dairesel olarak polarize olacaktır.
S: Serbest elektron lazerleri için yoğunluk elektron sayısı ile nasıl artar?
C: Elektronlar Poisson dağılımını takip ettiğinde, kısmi girişim yoğunlukta doğrusal artışa yol açar; serbest elektron lazerleri için yoğunluk elektron sayısı ile üstel olarak artar.
S: Fizikçiler bir undülatörün etkinliğini değerlendirmek için hangi ölçüyü kullanırlar?
C: Fizikçiler bir undülatörün etkinliğini spektral parlaklık açısından ölçerler.
