¿Podría ayudarme a entender cómo se puede medir la frecuencia de salida del láser de electrones libres (siempre que sepamos el tamaño de los dominios magnéticos y la energía de los electrones) ? ¿Esto debería ser una función del tamaño de los dominios magnéticos y la velocidad de los electrones? Pero la velocidad de los electrones debería disminuir debido a la emisión de fotones: ¿eso significa que FEL tiene un espectro de "banda ancha"? ¿Por qué los usuarios militares se enfocan en la radiación Röntgen mientras que los rayos UV en la ventana de transparencia del aire pueden tener menos absorción de aire?
Negrita aún no tiene respuesta :-)
Pensé que podría comenzar con una introducción primero. :)
El principio básico detrás del láser de electrones libres es el de la radiación de sincrotrón. Cuando se hace que los electrones o las partículas cargadas cambien de momento (como si se doblaran en un arco donde la fuerza es radialmente hacia adentro), emiten radiación electromagnética.
Si las partículas son relativistas, entonces la radiación electromagnética del observador de laboratorio en relación con el electrón observará que la radiación electromagnética se emite en un cono en la dirección del movimiento. (¡Publicaré cifras si la gente realmente quiere!)
En el caso del láser de electrones libres, debe tener matrices magnéticas que son simplemente imanes dipolares alineados de manera que los electrones se vean viajando en línea recta, alternando campos magnéticos verticales. Esto hace que los electrones se "ondulen" horizontalmente. Con electrones relativistas (que no es difícil de hacer) emitirá radiación de sincrotrón como un rayo de lápiz. La longitud de onda de un ondulador viene dada por lambda = período_ondulador/(2gamma^2)*(1+a^2/2), donde gamma es el factor gamma relativista, a = e*B*período_ondulador/(2*pi*masa de electrones *flash) donde B es la fuerza del campo magnético ye la carga eléctrica. ¡Pero la radiación de todos los electrones no es muy coherente temporalmente!
¡Ahora en cuanto a por qué se llama láser! La característica fundamental de por qué los láseres son poderosos es que las ondas emitidas por todas las fuentes se emiten de manera coherente en el tiempo. Es decir, todos los campos eléctricos se suman constructivamente, por lo que la potencia total se escala como pN^2 , donde p es la potencia emitida por una sola fuente y N es el número de fuentes.
En un FEL, la ondulación es lo suficientemente pequeña como para que los electrones sean irradiados por su propia radiación de sincrotrón y, por lo tanto, viajan en un campo óptico así como en el campo magnético de los imanes dipolares. El campo óptico hace que los electrones se microagrupan y provocan una mayor amplificación de esa longitud de onda particular (efecto de microagrupación) y se denomina emisión espontánea autoamplificada (SASE). Esta retroalimentación positiva genera potencias que dan una ganancia adicional de N . Los grupos típicos de electrones son 10 ^ 11 electrones, por lo que puede obtener órdenes de magnitud más de potencia.
Supongo que puede reducir el tamaño de las matrices magnéticas a solo un tramo de material con dominios cuidadosamente orientados; sin embargo, será difícil alcanzar los campos requeridos. Para medir ese es el campo de la espectroscopia que estoy menos familiarizado. Para UV, deberá tener algún material con propiedades de dispersión como una especie de prisma y un detector que responda a la radiación UV. Para los rayos X, puede usar monocromadores que usan el principio de Bragg y determinan la energía (calibrados para conocer las líneas de emisión de los elementos).
La pérdida de energía a lo largo del ondulador es un factor pequeño. Los fotones emitidos son fracciones muy pequeñas de su energía total. Por ejemplo, para longitudes de onda de 10 a 100 nm, necesitaría electrones de 300 MeV (la masa en reposo de un electrón es de 0,5 MeV), por lo que beta = 0,9999986, y los fotones de 10 nm son solo decenas de eV.
Pensé que los militares se estaban enfocando en UV FEL como dijiste, para reducir la absorción de agua. Los rayos X son mucho más difíciles de generar con suficiente potencia para causar daño.
Eso fue más de lo que inicialmente pretendía decir. Espero que sea útil.
Jorge
BaresMonster