Стабильность источника СИ

Виктор Кон, 05-09-2021, http://kohnvict.narod.ru  

До сих пор в научной литературе не принято обсуждать вопрос о том, что пучок синхротронного излучения (СИ) не является стабильным, то есть он периодически меняет свое положение в пространстве. Существует много задач, где это не имеет никакого значения, но в задачах изображения, то есть измерения пространственно неоднородного распределения интенсивности пучка, это очень важно. Как известно, когерентным источником, создающим изображение по законам рентгеновской оптики, которые следуют из уравнений Максвелла, является точечный источник, точнее отдельные электроны в пучке, который вращается на круговой орбите. Поперечный размер источника просто размывает картину, так как в простейшем случае смещение точечтного источника приводит к смещению картины как целое в обратном направлении. В более сложных случаях это не совсем так, но в целом и очень часто это так.

И вот если к случайным смещениям точечных источников прибавляется смещение всего электронного облака как целое, то такие смещения надо рассматривать как увеличение размеров источника, и, следовательно, к еще большему размытию картины. Конечно, результат зависит еще и от времени измерения. Описанную ситуацию очень хорошо понимают фотографы. При фотографировании движущихся автомобилей ночью мы не видим самих автомобилей, а видим только след от их светящихся фар, точнее траекторию, по которой они двигаются. Так же точно получается, если объект неподвижен, но камера дрожит в руках фотографа.

О нестабильности источника СИ было много косвенной информации. Так фазовый контраст от объекта с круглым или прямоугольным сечением должен по разному размываться по вертикали и по горизонтали, так как на источниках СИ вертикальный поперечный размер меньше. Он определяется только размером облака. А горизонтальный размер определяется еще и движением этого облака по траектории и размером окна, которое пропускает это излучение на станцию. Но этого не видно. Картинка краев объекта почти одинакова по вертикали и по горизонтали. Это наблюдалось на разных источниках СИ, хотя причины никто не изучал.

Недавно на Курчатовском источнике СИ, на станции РКФМ такой эксперимент был проведен. Рассматривалась энергия фотонов 12.58 кэВ. Источник изображался с помощью составной преломляющей линзы из Бериллия, 8 элементов с радиусом кривизны 50 мкм. При этом расстояние от источника до СПЛ через монохроматор было 12.78 м, а фокусное расстояние СПЛ было 1.64 м. Изображение источника записывалось с помощью переносной камеры с эффективным размером пиксела 1.65 мкм. Врема экспозиции составляло 0.005 сек. Картинки записывались через определенные интервалы времени. Было записано три случая: (1) с включенной системой охлаждения монохроматора (2) с выключенной системой сразу после выключения (3) с выключенной системой через 5 минут после выключения. Указанные анимации показаны в тексте, в порядке сверху вниз. Как можно заметить, система охлаждения монохроматора очень сильно влияет на стабильность пучка СИ.

Анимации показываются из gif файлов, 200 кадров с интервалом 0.1 сек, следовательно весь ролик продолжается 20 сек, после чего он начинается с начала. Исходный размер картинок в микронах 439 х 233. Указанные параметры (энергия, расстояния, и радиус кривизны) полностью соответствуют теории. Грубая оценка вертикального размера источника получается из отношения высоты эллипса к высоте картинки 0.062, умноженного на высоту картинки 233 мкм и на отношение расстояний 7.67, что дает 110 мкм.

.