Avaliação Computacional do Laser de Elétrons Livres BRAFEL

Avaliação Computacional do Laser de Elétrons Livres BRAFEL
Antonio Carlos de Jesus Paes e Antonio Carlos da Cunha Migliano
Instituto de Estudos Avançados /CTA - São José dos Campos - SP
Abstract
Neste trabalho apresentamos alguns resultados da simulação, com o código tridimensional GENESIS 1.3, do FEL (sigla inglesa mundialmente consagrada para lasers de elétrons livres)
denominado BRAFEL (Brazilian Free-Electron Laser), atualmente sendo projetado por um grupo de pesquisadores de várias instituições.A partir das simulações obtemos que um feixe eletrônico de
energia E0= 8,5 MeV, e corrente de pico Ib = 200 A, passando por um ondulador de 3m de comprimento, com um comprimento de onda do campo magnético de 3cm, produz um feixe de radiação
coerente de comprimento de onda 100µm e potência de pico superior a 1MW.
INTRODUÇÃO
O laser de elétrons livres é um dispositivo que gera
radiação coerente. Esta radiação é gerada por um feixe de
elétrons relativísticos que se propaga juntamente com um
campo eletromagnético através de um campo magnético
espacialmente periódico (ondulador). O BRAFEL será um
laser de elétrons livres para operar na faixa do
infravermelho e talvez venha a ser o primeiro Fel a operar
em toda a América Latina.Ele está sendo projetado pelos
seguintes pesquisadores: Ricardo Galvão (CBPF)
(Coordenador geral do projeto);Rodolfo Bonifacio (CBPF e
INFN-Itália) (Líder científico);Pedro Tavares (LNLS) (Líder
de projeto técnico), Geraldo Sigaud (PUC-Rio),Antonio
Carlos de Jesus Paes (IEAv-CTA), Lucia de Salvo Souza
(CBPF), Brian McNeil (U. de Strathclyde-Escócia), Alfredo
Bonini (IFUSP), Antonio Carlos da Cunha Migliano (IEAvCTA), Natalia Prado de Abreu (LNLS) e Ruy H. A. Farias
(LNLS).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As grandezas Lg , Lsat e Psat são os parâmetros mais
importantes
na
descrição
da
performance
na
configuração
SASE.No
processo
de
otimização
procuramos determinar os melhores valores possíveis
para as grandezas acima. Este processo de otimização
dos parâmetros está condicionado à necessidade de que
o laser possa ser instalado no “bunker” atualmente
existente no laboratório do acelerador linear do CBPF.
Isto implica que suas dimensões não podem ultrapassar
10m (e, portanto o ondulador deve ter por volta de 3m),
aproximadamente, e que sua energia seja no máximo 20
MeV, por questões de proteção radiológica. Os
parâmetros iniciais para o processo de otimização foram
obtidos a partir de estimativas baseadas num modelo
unidimensional de alto ganho de um FEL operando no
regime super radiante, com pacotes curtos, e para
otimizá-los foi utilizado o modelo tridimensional Genesis
1.3.
CÓDIGO NUMÉRICO
O código utilizado na simulação é o GENESIS 1.3
desenvolvido por Sven Reich como parte de sua tese de
doutoramento no centro de pesquisas de Física de Alta
Energia DESY em Hamburgo na Alemanha e depois
aprimorado na UCLA em Los Angeles nos EUA. Para
cada macro partícula ele resolve numericamente um
sistema de equações de movimento usando o método
Runge-Kutta de quarta ordem.E para os campos
eletromagnéticos transversais e estático longitudinal
(cargas espaciais) as equações são resolvidas usandose os métodos ADI e expansão em Série de Fourier,
respectivamente. O código é tridimensional e leva em
conta a dependência temporal. O código tem mais de
100 parâmetros de entrada agrupados em parâmetros do
ondulador, parâmetros do feixe de elétrons, parâmetros
da radiação e outros.
Perfil da
Potência
Média
Original
Perfil da
Potência
Média
Ótimo