휨자석(Bending magnet), 위글러(Wiggler), 언듈레이터(Undulator)의 의미

현재는 절판된 [방사광과학입문]을 요약합니다.

---

제1편 방사광과 그 이용

제1장 방사광원과 특성

1.3 휨자석에 의한 방사광

 

• 휨자석(bending electromagnet)에 의한 방사광은 매우 넓은 파장영역, 즉 긴 파장으로는 적외선으로부터 짧은 쪽으로는 경X-선에 이르는 파장영역에서 방출됨
• 위 그림의 bending magent radiation 에서 좁은 빛띠너비(spectral band width)의 빛이 필요한 경우에는 적절한 단색화장치(monochromator)를 써서 원하는 파장의 빛을 선택하여 실험할 수 있음
• 이와 같은 파장 선택성 때문에 방사광원은 다른 광원과는 달리 광범위한 분야의 실험에 활용됨
• 휨자석에 의한 방사광 스펙트럼 모양은 전자의 에너지에 따라 달라짐
• 가속된 전자의 에너지가 클수록 밝기가 커지며 그 모양도 짧은 파장(광자의 에너지가 큰) 쪽으로 이동함
• 휨 자석에서는 얇은 부채꼴 모양의 빔이 방출되나 이중 일부만 이용하고 나머지는 광자 가리개(photon stop)으로 차단함
• 이 넓은 방사광 빔을 나누어 하나의 휨자석당 두 개 또는 세 개의 방사광관(beamline) 설치가 가능함

 

1.4 삽입장치에 의한 방사광

 

• 삽입장치(insertion device)는 N극-S극의 극성이 반복해서 교대로 바뀌도록 일직선상에 배열된 여러 개의 자석들로 이루어져 있음
• 이 장치를 저장링의 직선 부위에 설치하여 자석들의 자장이 전자 궤도에 수직이 되도록 정렬한 것
• 빛의 속도에 가까운 전자가 이 삽입장치를 통과하면 사인파에 가까운 궤도를 그리면서 방사광을 방출함
• 이때 나오는 방사광의 성질은 휨자석에서 방출되는 것과는 다른 특성을 가짐
• 삽입장치의 두 가지 종류 : 언듈레이터(undulator)와 위글러(wiggler)
• 언듈레이터냐 위글러냐의 결정은 쏠림 파라미터(deflection parameter) K 에 의해 결정됨
• K≫1 인 경우는 위글러, K≾1 인 경우는 언듈레이터에 속함

 

• 언듈레이터 영역에서는 전자들의 궤도가 완만하여 미세한 흔들림을 보이기 때문에 자석들의 각 주기에서 방출되는 방사광은 결맞는 더하기(coherent addition)하여 뾰족한 봉우리 형태의 스펙트럼을 보임
• 언듈레이터 방사광의 파장을 변화시키려면 자장의 세기 (즉, K 값)을 변화시킴
• 통상 자극 간의 간격을 좁혔다 넓혔다 하면 됨. 즉, 좁혔을 때는 긴 파장으로 또 넓은 간격으로 하였을 때는 짧은 파장의 X-선을 얻을 수 있음.

 

• K 값이 커짐에 따라 많은 어울림 봉우리들이 나타나 그들 사이의 간격이 점점 좁아져서 언듈레이터 영역에서 위글러 영역으로 넘어가게됨
• K 값이 1보다 커지면 빛의 세기는 기본 어울림에서 점점 차수가 높은 어울림 쪽으로 이동하게 되고 더욱 큰 K 값에서는 각 어울림의 봉우리들이 융합하여 하나의 연속 봉우리를 형성함.

 

• 위글러와 언듈레이터가 다른 점은 각 주기의 자극에서 방출되는 빛이 서로 간섭하지 않는다는 것.