Лазерно-электронный источник жесткого электромагнитного излучения
(Laser-Electron Source of Hard Electromagnetic Radiation)

    В лазерно-электронном источнике жесткого излучения используется принцип обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на встречном пучке релятивистских электронов. При этом инфракрасные и световые фотоны преобразуются в рентгеновские и гамма-кванты. Взаимодействующие частицы: пучок электронов со скоростью v_e, релятивистским фактором , где c - скорость света в вакууме, и массой m_e; пучок лазерных фотонов с энергией ω_l; рассеянные фотоны с энергией ω_с.

    Основные характеристики источника

Физическая схема

    При встречном комптоновском рассеянии энергия ω_с фотона, отраженного назад под углом θ, связана с падающим лазерным фотоном ω_l соотношением (угол предполагается малым):

так что ω_с >> ω_l  при отражении от релятивистского электрона под углами θ < 1/γ.

Интенсивность излучения

    В техническом исполнении предполагается столкновение на прямолинейном участке потоков (циркулирующих или однократно используемых) ускоренных электронов и лазерного пучка. Полное число отраженных фотонов при взаимодействии одиночного лазерного импульса с N_l фотонами и одиночного электронного сгустка с N_e частицами составляет

N_c = σN_eN_l/s,

где σ - эффективное сечение рассеяния, близкое в рентгеновском диапазоне к томсоновскому
σ_T0.7 барн, s - эффективная поперечная площадь взаимдействия.
    В схеме, где сталкиваются сгустки, следующие с частотой f, полный поток жесткого излучения

Ф_с = N_c·f.

В более сложных циркуляционных схемах поток излучения возрастает пропорционально числу циркуляций лазерных фотонов.

Яркость

    Яркость B источника, равная числу жестких фотонов, излучаемых в секунду на мм^2.мрад^2, достигает при θ = 0 максимума, составляющего (ниже величина  указана в мм²)

B[фот^.с^-1.мм^-2.мрад^-2] = 5^.10^-7γ² Фс/s.

При типичных параметрах E_e = 25 МэВ, N_e5^.10⁹, s ~ 4π·30·30 мкм², ω_l = 1.16 эВ, частотой посыла сгустков f ~ 90 МГц мощность излучения достигает ~10 Вт при Ф_с2^.10¹³ с энергией фотонов ω_с = 12 кэВ (рентгеновский диапазон). При этом максимальная яркость B4·10¹², так что по яркости комптоновский источник превосходит показатели рентгеновских трубок, но уступает синхротронным источникам (B ~ 10⁸ и B ~ 10¹⁸-10²⁰, соответственно).

Поляризация излучения

    Излучение в основном сохраняет первичную поляризацию лазерных фотонов.