2.4
Other Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.1
Booster Synchrotrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.2
The Brief Flirtation with Positrons . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.3
Injection Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.4
Vacuum, Thermal, and Radiation Protection
Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5
Insertion Device Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.1
Superbends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.2
Wavelength Shifters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.3
Electromagnet Wigglers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.4
Permanent Magnet Insertion Devices . . . . . . . . . . . . 30
2.5.5
In-Vacuum and Cryogenic Undulators . . . . . . . . . . . 32
2.5.6
Superconducting Undulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.5.7
Insertion Devices for Circular Polarization . . . . . . . . 33
2.6
Suggested Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.7
Reference Books and Review Articles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.8
Machine Physics Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3
Synchrotron Radiation Fundamentals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2
Bend Magnet Radiation: A Qualitative Description . . . . . . . . . 40
3.3
Bend Magnet Radiation: The Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3.1
Power Density and Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.2
Energy Loss Per Revolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3.3
The Critical Energy: E c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.4
The Bend Magnet Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.5
Bend Magnet Angular Density of Spectral Flux . . . . 46
3.3.6
Angular Divergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3.7
Brightness of a Bend Magnet Source . . . . . . . . . . . . 47
3.3.8
Polarization of Bend Magnet Sources . . . . . . . . . . . . 48
3.3.9
Superbends and Wavelength Shifters . . . . . . . . . . . . 49
3.4
Insertion Device Comparisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.1
K: The Deflection Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5
Wiggler Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.5.1
Wiggler Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.5.2
Wiggler Spectrum and Spectral Brightness . . . . . . . . 51
3.6
Undulator Radiation: A Qualitative Approach . . . . . . . . . . . . . 52
3.7
Planar Undulator Radiation: More Exact Formulae . . . . . . . . . 54
3.7.1
The Undulator Fundamental Wavelength . . . . . . . . . 54
3.7.2
Integrated Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.7.3
Harmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.7.4
Angular Properties of Undulator Radiation . . . . . . . . 58
3.7.5
Spectral Bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.7.6
Spectrum at an Arbitrary Angle . . . . . . . . . . . . . . . . 59
xii
Contents