ОНДУЛЯ́ТОР

ОНДУЛЯ́ТОР (франц. ondulateur, от on­de – вол­на), уст­рой­ст­во, в ко­то­ром соз­да­ют­ся элек­тро­маг­нит­ные по­ля, дей­ст­вую­щие на дви­жу­щие­ся в нём за­ря­жен­ные час­ти­цы с пе­рио­дич. си­лой, сред­нее зна­че­ние ко­то­рой за пе­ри­од рав­но ну­лю. По­пав в О., час­ти­ца со­вер­ша­ет пе­рио­дич. ко­ле­ба­тель­ное дви­же­ние и ис­пус­ка­ет он­ду­ля­тор­ное из­лу­че­ние. За­ря­жен­ную час­ти­цу в О. мож­но счи­тать воз­бу­ж­дён­ным ос­цил­ля­то­ром, дви­жу­щим­ся рав­но­мер­но и пря­мо­ли­ней­но. Наи­бо­лее час­то тра­ек­то­рии за­ря­жен­ных час­тиц в О. – си­ну­сои­ды и спи­ра­ли.

По ви­ду соз­да­вае­мых по­лей О. де­лят­ся на 2 ти­па. В О. 1-го ти­па по­ля́ пе­рио­ди­че­ски из­ме­ня­ют­ся в про­стран­ст­ве или во вре­ме­ни (зна­ко­пе­ре­мен­ное маг­нит­ное по­ле, вин­то­вое маг­нит­ное по­ле, ВЧ-элек­трич. по­ле, по­ле элек­тро­маг­нит­ной вол­ны и др.). Дли­на пе­рио­да тра­ек­то­рии час­ти­цы за­да­ёт­ся пе­рио­дом по­ля О. и в ре­ля­ти­ви­ст­ском слу­чае не за­ви­сит от энер­гии час­ти­цы. В О. 2-го ти­па дей­ст­ву­ют ста­тич. фо­ку­си­рую­щие маг­нит­ные и элек­трич. по­ля (од­но­род­ное маг­нит­ное по­ле, скре­щен­ные од­но­род­ные элек­трич. и маг­нит­ное по­ля, квад­ру­поль­ное элек­трич. по­ле и др.). В этом слу­чае дли­на пе­рио­да тра­ек­то­рии час­ти­цы оп­ре­де­ля­ет­ся фо­ку­си­рую­щи­ми свой­ст­ва­ми по­лей (гра­ди­ен­том, ве­ли­чи­ной), ам­пли­ту­дой ко­ле­ба­ния час­ти­цы (за­да­ёт­ся уг­лом и ко­ор­ди­на­той её вхо­ж­де­ния в О.), энер­ги­ей час­ти­цы.

При­род­ные О. – кри­стал­лы. Ус­ред­нён­ное внут­ри­кри­стал­лич. элек­трич. по­ле яв­ля­ет­ся фо­ку­си­рую­щим для за­ря­жен­ной час­ти­цы (см. Ка­на­ли­ро­ва­ние за­ря­жен­ных час­тиц) и пе­рио­дич. функ­ци­ей рас­стоя­ния, от­счи­ты­вае­мо­го вдоль пря­мой, пе­ре­се­каю­щей кри­стал­ло­гра­фич. плос­ко­сти. Ес­ли угол и ко­ор­ди­на­та вхо­ж­де­ния час­ти­цы в кри­сталл та­ко­вы, что она пе­ре­се­ка­ет кри­стал­ло­гра­фич. плос­ко­сти, то кри­сталл по­до­бен О. 1-го ти­па. Дли­на пе­рио­да тра­ек­то­рии час­ти­цы в этом слу­чае оп­ре­де­ля­ет­ся меж­пло­ско­ст­ным рас­стоя­ни­ем и уг­лом ме­ж­ду век­то­ром ср. ско­ро­сти час­ти­цы и кри­с­тал­ло­гра­фич. плос­ко­стя­ми. Ес­ли час­ти­цы по­па­да­ют в ре­жим пло­ско­ст­но­го или осе­во­го ка­на­ли­ро­ва­ния, то кри­сталл по­до­бен О. 2-го ти­па.

Схема ондулятора со знакопеременным магнитным полем; λ0 – длина периода траектории электрона е, N и S – северный и южный полюсы магнитов.

В О. с пе­ре­мен­ным маг­нит­ным по­лем мо­гут ис­поль­зо­вать­ся по­сто­ян­ные маг­ни­ты с че­ре­дую­щи­ми­ся зна­ка­ми по­лю­сов (рис.) и элек­тро­маг­ни­ты. В О. на ос­но­ве элек­тро­маг­ни­тов, пред­став­ляю­щих со­бой две спи­ра­ли, сдви­ну­тые от­но­си­тель­но друг дру­га на по­ло­ви­ну ша­га на­мот­ки и пи­тае­мые про­ти­во­по­лож­но на­прав­лен­ны­ми то­ка­ми, соз­да­ют­ся вин­то­вые (цир­ку­ляр­но по­ля­ри­зо­ван­ные) маг­нит­ные по­ля; та­кие О. на­зы­ва­ют спи­раль­ны­ми. Ком­би­ни­руя спи­раль­ные О. с оди­на­ко­вым и раз­ным на­прав­ле­ни­ем на­мот­ки об­мо­ток, с оди­на­ко­вым и раз­ным ша­гом на­мот­ки и ре­гу­ли­руя то­ки в об­мот­ках, мож­но опе­ра­тив­но из­ме­нять ве­ли­чи­ну маг­нит­но­го по­ля О. и вид его по­ля­ри­за­ции. Та­ки­ми ме­то­да­ми мож­но ге­не­ри­ро­вать он­ду­ля­тор­ное из­лу­че­ние с разл. свой­ст­ва­ми на ос­нов­ной и на выс­ших гар­мо­ни­ках.

О. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся как ис­точ­ни­ки он­ду­ля­тор­но­го из­лу­че­ния в ла­зе­рах на сво­бод­ных элек­тро­нах, в бы­ст­ро­дей­ст­вую­щих сис­те­мах ин­ди­ка­ции про­тон­ных пуч­ков вы­со­ких энер­гий, в сис­те­мах управ­ле­ния па­ра­мет­ра­ми пуч­ков за­ря­жен­ных час­тиц, в масс-се­па­ра­то­рах, в ли­ней­ных ус­ко­ри­те­лях за­ря­жен­ных час­тиц и др. Ком­би­на­ции О. 1-го и 2-го ти­пов мо­гут ис­поль­зо­вать­ся в масс-спек­тро­мет­рах, сис­те­мах вво­да ио­нов в маг­нит­ные ло­вуш­ки и др. Во мно­гих ус­та­нов­ках це­ле­со­об­раз­но при­ме­не­ние О. с плав­но ме­няю­щи­ми­ся па­ра­мет­ра­ми. В та­ком О. мож­но, напр., до­бить­ся уве­ли­че­ния вре­ме­ни ре­зо­нанс­но­го взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц с элек­тро­маг­нит­ной вол­ной, рас­ши­ре­ния диа­па­зо­на час­тот он­ду­ля­тор­но­го из­лу­че­ния.

В О., при­ме­няе­мых в ис­точ­ни­ках он­ду­ля­тор­но­го из­лу­че­ния, в он­ду­ля­тор­ных ли­ней­ных ус­ко­ри­те­лях, в масс-се­па­ра­то­рах и т. д., час­то не­об­хо­ди­мо соз­да­вать маг­нит­ные по­ля боль­шой на­пря­жён­но­сти. В этих слу­ча­ях в них обыч­но ис­поль­зу­ют сверх­про­вод­ни­ки, что по­зво­ля­ет по­лу­чать маг­нит­ные по­ля на­пря­жён­но­стью до 10⁷ А/м.