Channeling and Radiation in Periodically Bent Crystals

توسعه منابع تابش منسجم برای طول موج های زیر آنگستروم - یعنی در محدوده پرتو ایکس سخت و پرتو گاما - یک هدف چالش برانگیز فیزیک مدرن است. در دسترس بودن چنین منابعی کاربردهای زیادی در علوم پایه، فناوری و پزشکی خواهد داشت و به ویژه، ممکن است تأثیر انقلابی بر فیزیک هسته ای و حالت جامد و همچنین بر علوم زیستی داشته باشد.
دولت کنونی- لیزرهای پیشرفته قادر به انتشار تابش الکترومغناطیسی از مادون قرمز به فرابنفش هستند، در حالی که لیزرهای الکترون آزاد (X-FELs) اکنون وارد ناحیه نرم اشعه ایکس می شوند. با این حال، حرکت بیشتر، یعنی به سمت باند سخت پرتو ایکس و/یا گاما، بدون رویکردها و فناوری‌های جدید امکان‌پذیر نیست.

در این کتاب ما یکی از این رویکردهای جدید را معرفی و مورد بحث قرار می‌دهیم: تمرکز بر تابش است. در یک ندولاتور کریستالی، که در آن تشعشعات الکترومغناطیسی توسط دسته‌ای از ذرات فوق نسبیتی ایجاد می‌شود که از طریق یک ساختار کریستالی خمیده متناوب ایجاد می‌شوند. نشان داده شده است که تحت شرایط خاصی، چنین دستگاهی تشعشعات تک رنگ خود به خودی شدیدی ساطع می کند و حتی ممکن است به انسجام منابع نور لیزر برسد.

خوانندگان با فیزیک بنیادی زیرین ارائه می شوند و با تئوری و تجربی آشنا می شوند. و پیشرفت های تکنولوژیکی در طول یک و نیم دهه گذشته در کشف ویژگی های مختلف تحقیقات در مورد امواج کریستالی. این تحقیق از دانش بسیاری از زمینه های تحقیقاتی - مانند علم مواد، فیزیک پرتوها، فیزیک تشعشعات، فیزیک حالت جامد و آکوستیک استفاده می کند. بر این اساس، اهتمام بسیاری از سوی نویسندگان صورت گرفته است تا کتاب در این زمینه تا حد امکان خودکفا باشد تا مقدمه مفیدی از این حوزه نوظهور در اختیار خوانندگان وسیعی از محققان و دانشمندان با سوابق مختلف قرار گیرد.

The development of coherent radiation sources for sub-angstrom wavelengths - i.e. in the hard X-ray and gamma-ray range - is a challenging goal of modern physics. The availability of such sources will have many applications in basic science, technology and medicine, and, in particular, they may have a revolutionary impact on nuclear and solid state physics, as well as on the life sciences.
The present state-of-the-art lasers are capable of emitting electromagnetic radiation from the infrared to the ultraviolet, while free electron lasers (X-FELs) are now entering the soft X-ray region. Moving further, i.e. into the hard X and/or gamma ray band, however, is not possible without new approaches and technologies.

In this book we introduce and discuss one such novel approach: the focus is on the radiation formed in a Crystalline Undulator, where electromagnetic radiation is generated by a bunch of ultra-relativistic particles channeling through a periodically bent crystalline structure. It is shown that under certain conditions, such a device emits intensive spontaneous monochromatic radiation and may even reach the coherence of laser light sources.

Readers will be presented with the underlying fundamental physics and be familiarized with the theoretical, experimental and technological advances made during the last one and a half decades in exploring the various features of investigations into crystalline undulators. This research draws upon knowledge from many research fields - such as materials science, beam physics, the physics of radiation, solid state physics and acoustics, to name but a few. Accordingly, much care has been taken by the authors to make the book as self-contained as possible in this respect, so as to also provide a useful introduction to this emerging field to a broad readership of researchers and scientist with various backgrounds.