Ondulatore

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Un ondulatore è un dispositivo di inserzione usato in complessi dedicati alla fisica delle alte energie, solitamente sincrotroni, al fine di ottenere radiazione altamente monocromatica in fasci estremamente collimati.

Un tipico ondulatore è schematicamente composto da una serie di dipoli magnetici disposti in modo tale da generare un campo magnetico trasversale alternato lungo tutto l'asse del dispositivo (vedi Figura 1). Attraverso l'ondulatore vengono fatti passare fasci di particelle cariche (il più delle volte elettroni) provenienti da un sincrotrone, un ciclotrone o un anello di stoccaggio. Le particelle, attraversando tale struttura magnetica periodica, sono forzate a oscillare e quindi a emettere radiazione. Tale radiazione viene poi opportunamente direzionata lungo strutture chiamate beamlines (lett. "linee di fascio"), all'interno delle quali sono costruiti laboratori che utilizzano la radiazione per esperimenti nelle più svariate aree scientifiche.

Ogni ondulatore è caratterizzato da un parametro adimensionale ${\displaystyle K\ }$ che, per gli elettroni, è definito come

${\displaystyle K={\frac {eB\lambda _{u}}{2\pi m_{e}c}}}$,

dove ${\displaystyle \lambda _{u}}$ è la distanza minima tra due dipoli magnetici il cui campo magnetico è orientato in verso opposto (vedi Figura 1), e è la carica dell'elettrone, B il campo magnetico, ${\displaystyle m_{e}}$ la massa a riposo dell'elettrone e c la velocità della luce nel vuoto. Tale parametro definisce la natura del moto degli elettroni all'interno del dispositivo: per un ondulatore ${\displaystyle K\ll 1}$ e la radiazione emessa dagli elettroni del fascio è coerente e caratterizzata da un range molto ristretto di frequenze; se invece ${\displaystyle K\gg 1}$ lo spettro di frequenze emesso è più esteso e il dispositivo è chiamato ondeggiatore (wiggler).

Un ondulatore può fornire radiazione diversi ordini di grandezza più intensa di un magnete curvante: per un ondulatore caratterizzato da ${\displaystyle N\ }$ periodi di oscillazione del campo magnetico, la luminosità può essere fino a ${\displaystyle N^{2}\ }$ volte maggiore di quella di un magnete curvante.