НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОТЧЕТ по проекту № 3.2621.2017/ПЧ по теме «Фундаментальные исследования когерентных взаимодействий релятивистских заряженных частиц для разработки импульсных сверхъярких источников электромагнитного излучения» в рамках конкурсного отбора научных проектов, выполняемых научными коллективами исследовательских центров и (или) научных лабораторий образовательных организаций высшего образования

Объект исследования - характеристики терагерцевого и рентгеновского излучения с точки зрения разработки сверхъяркого импульсного источника электромагнитного излучения за счет эффектов когерентности. Цель исследования - построение глубокой и последовательной теории электромагнитного поляризационного излучения заряженных частиц, принимающей во внимание эффекты когерентности в излучении сгустков заряженных частиц от периодических структур, включая фотонные кристаллы и метаматериалы, а также когерентность в процессах излучения сверхкоротких и модулированных сгустков. В процессе теоретических исследований использованы апробированные методы теоретической физики (методы теории рассеяния, теории локального поля, интегральные преобразования, асимптотические методы вычисления интегралов и т.д.). Проведено обобщение теории локального поля на случаи двумерных и трехмерных метаматериалов и фотонных кристаллов для излучения Вавилова - Черенкова и переходного. Проработана конкретная схема реализации импульсного источника излучения в терагерцевом диапазоне частот, использующем уникально узкую и интенсивную линию, обусловленную резонансом за счет эффектов локального поля. Рассчитаны спектрально-угловые характеристики излучения Смита - Парселла от метаматериала (2D-metastructure), проведен анализ динамической картины излучения. Выполнено сравнение с экспериментальными данными, полученными с установки LUCX (Япония). Построена теория краевых задач дифракционного излучения и излучения Смита - Парселла в импульсном режиме с учетом корреляций частиц в компактных сгустках. Разработана конкретная схема реализации импульсного рентгеновского источника на обратном Комптон-эффекте при скользящем столкновении электронного и фотонного пучков для излучения в диапазоне 30 - 50 КэВ. Рассчитаны спектрально-угловые характеристики излучения комптоновского рентгеновского лазера на свободных электронах при столкновении пучков в схеме типа «краб» (скрещенные плоские пучки), выполнен анализ возможности практической реализации этой схемы в комптоновском лазере на основе компактного линака на 40 - 70 МэВ. Результаты фундаментальных исследований, проводимых в рамках данного проекта, предназначены для развития перспективных схем разработки импульсных источников электромагнитного излучения с высокой яркостью. Результаты проекта представляют существенный интерес как для физиков - специалистов в области радиационной и ускорительной физики, так и для физиков - специалистов в прикладных задачах, а также для биологов и медиков как конечных пользователей импульсных источников рентгеновского и терагерцевого излучения. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы в образовательном процессе для проведения научно-исследовательских работ студентов, при выполнении курсовых и дипломных работ, при написании диссертаций, для модернизации курсов лекций и семинаров, которые проводятся для студентов НИЯУ МИФИ.