Вигглер представляет собой разновидность магнитной системы в накопительных кольцах и источниках синхротронного излучения, предназначенную для генерации интенсивного электромагнитного излучения. Его конструкция основана на последовательности дипольных магнитов с чередующимися полярностями, которые заставляют пучок релятивистских электронов совершать многократные поперечные колебания относительно оси распространения.
Основная физическая идея заключается в том, что при каждом изменении направления движения электронов они излучают синхротронное излучение. В отличие от одиночного изгибающего магнита, где радиация возникает только в одной дуге траектории, в вигглере множество изгибов суммируют вклады, что резко увеличивает яркость и интенсивность пучка фотонов.
При определённых параметрах вигглер может рассматриваться как совокупность независимых магнитов: излучение от каждого участка не когерентно по фазе с соседними, и интенсивность накапливается как сумма отдельных вкладов.
Вигглер состоит из последовательности чередующихся дипольных магнитов с одинаковой величиной магнитного поля и противоположной ориентацией полюсов. Типичная структура включает от нескольких до десятков периодов. Основные параметры, характеризующие вигглер:
Магнитное поле вигглера может быть реализовано на основе постоянных магнитов (редкоземельных сплавов) либо электромагнитных катушек. Конструктивные особенности зависят от требований по спектру и интенсивности излучения, а также от энергетики ускорителя.
Излучение вигглера имеет следующие свойства:
Широкий спектральный диапазон. В отличие от ондуляторов, где формируются резкие пики из-за интерференции, спектр вигглера является сглаженным и похожим на излучение одиночного магнита, но умноженным на число периодов.
Энергия фотонов. Характерная критическая энергия определяется как
$$ E_c = \frac{3}{2}\hbar c \frac{\gamma^3}{\rho}, $$
где γ – релятивистский фактор электрона, а ρ – радиус кривизны траектории в поле магнита.
Суммарная мощность. Вигглеры способны давать излучение с мощностью на порядки выше, чем одиночный магнит того же ускорителя, так как число изгибов многократно увеличивает количество излучённых фотонов.
Таким образом, вигглеры служат источниками высокоинтенсивного, некогерентного излучения, охватывающего широкий спектр от инфракрасной до рентгеновской области.
Хотя оба устройства имеют схожую магнитную структуру, принципиальное различие заключается в величине параметра K:
Таким образом, ондуляторы являются инструментом для генерации когерентного, спектрально узкого излучения, тогда как вигглеры оптимальны для получения мощного и широкополосного источника.
Вигглеры находят широкое применение в современных источниках синхротронного излучения:
Высокая универсальность и мощность вигглеров делают их неотъемлемым элементом синхротронных центров.
Проектирование вигглера связано с необходимостью соблюдения ряда условий:
Эксплуатация вигглеров требует сложной инфраструктуры и развитой диагностики пучка, однако их вклад в производительность источников делает такие устройства стратегически важными.