Ondulador
Um ondulador é um dispositivo de inserção da física de alta energia e normalmente faz parte de uma instalação maior, um anel de armazenamento de sincrotrões. Consiste numa estrutura periódica de ímanes dipolares. Um campo magnético estático é alternado ao longo do comprimento do ondulador com um comprimento de onda λ u {\displaystyle {\i}lambda _{\i} 
. Os electrões que atravessam a estrutura periódica do íman são forçados a sofrer oscilações. Assim, os electrões libertam energia como radiação electromagnética. A radiação produzida num ondulador é muito intensa e concentrada em bandas estreitas de energia no espectro. O feixe de luz é também colimado no plano de órbita dos electrões. Esta radiação é guiada através de linhas de feixe para experiências em várias áreas científicas.
O importante parâmetro sem dimensão
K = e B λ u 2 π β m e c {\i1}displaystyle K={\i}{eB\i}lambda _{\i}{2\i}beta m_{e}c}}} 
onde e é a carga de partícula, B é o campo magnético, β = v / c {\\fisplaystyle \beta =v/c}
, m e {\fisplaystyle m_{\fisplaystyle m_{\f}}
é a massa de repouso dos electrões e c é a velocidade da luz, caracteriza a natureza do movimento dos electrões. Para K ≪ 1 {\i1 {\i1} 
a amplitude de oscilação do movimento é pequena e a radiação apresenta padrões de interferência que levam a bandas de energia estreitas. Se K ≫ 1 {\displaystyle K\gg 1}
a amplitude de oscilação é maior e as contribuições de radiação de cada período de campo resumem-se independentemente, conduzindo a um amplo espectro de energia. Quando K é muito maior do que 1, o dispositivo já não é chamado de ondulador; chama-se wiggler.
O físico pensa nos onduladores tanto usando a física clássica como a relatividade. Isto significa que embora o cálculo de precisão seja enfadonho, o ondulador pode ser visto como uma caixa negra. Um electrão entra nesta caixa e um impulso electromagnético sai através de uma pequena fenda de saída. A fenda deve ser suficientemente pequena para que apenas o cone principal passe, para que os lóbulos laterais possam ser ignorados.
Os onduladores podem fornecer centenas de vezes mais fluxo magnético do que um simples íman de flexão e, como tal, são muito procurados nas instalações de radiação sincrotrónica. Para um ondulador que repete N vezes (N períodos), o brilho pode ser até N 2 ^{\i1} 
mais do que um íman de flexão. A intensidade é aumentada até um factor de N em comprimentos de onda harmónicos, devido à interferência construtiva dos campos emitidos durante os períodos de radiação N. O pulso habitual é uma onda sinusoidal com algum envelope. O segundo factor de N provém da redução do ângulo de emissão associado a estes harmónicos, que é reduzido em proporção a 1/N. Quando os electrões vêm com metade do período, interferem de forma destrutiva. Assim, o ondulador permanece escuro. O mesmo é verdade se os electrões vierem como uma cadeia de esferas. Uma vez que o grupo de electrões se espalha quanto mais vezes viajam em torno do sincrotrão, os físicos querem conceber novas máquinas que deitam fora os cachos de electrões antes de terem a oportunidade de se espalharem. Esta mudança produzirá uma radiação sincrotrónica mais útil.
A polarização da radiação emitida pode ser controlada utilizando ímanes permanentes para induzir diferentes trajectórias periódicas de electrões através do ondulador. Se as oscilações estiverem confinadas a um plano, a radiação será linearmente polarizada. Se a trajectória de oscilação for helicoidal, a radiação será polarizada circularmente, com a mão determinada pela hélice.
Se os electrões seguirem a distribuição de Poisson, uma interferência parcial leva a um aumento linear da intensidade. No laser deelectrões livres, a intensidade aumenta exponencialmente com o número de electrões.
Os físicos medem a eficácia de um ondulador em termos de radiância espectral.
Funcionamento do ondulador. 1: ímanes, 2: feixe de electrões, 3: radiação sincrotrónica
Um wiggler multipolar, como utilizado no anel de armazenamento no Synchrotron australiano para gerar radiação sincrotrónica
História
O primeiro ondulador foi construído por Hans Motz e os seus colegas de trabalho em Stanford em 1953. Um dos seus onduladores produziu a primeira radiação infravermelha coerente de sempre. A sua gama total de frequências ia desde a luz visível até ondas milimétricas. O físico russo V.L. Ginzburg mostrou que os onduladores podiam ser feitos, em princípio, num jornal de 1947.
