Динамика релятивистского электронного пучка в плазменном канале тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

О ■>

:,, ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДША ШША :-И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

I ( I

На правах руколиои УДК 533.9

МАМОЧЕВ Андрей. Анатольевич

ДИНАМИКА РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В ПЛАЗМЕННОМ КАНАЛЕ

Специальность 01.02.05 -Механика жидаооти, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

даоаертацая на ооиоканив ученой огвпени кандидата фазихо-математкческих паук

Ленинград 1989

У,./Г . ••'/' ¿>

/Г./Л 1

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственном университете

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, старший научный' сотрудник Е.К.Колесников

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор Ю.З.Алешков кандидат физико-математических наук, доцент А.П.Курытев

Ведущее учреждение - Ленинградский институт точной механики я оптик*

Защита состоится "25* ,ЭМ&лкя 1990г. в "У?" часов

на заседании специализированного Совета по защите диссертаотй на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук (К 0035713) при Ленинградском государственном университете по адресу: 199034, Ленинград Университетская на^., д. 7/9, ауд к! (геологический Ф-т

С диссертацией иокно ознакомится в ^и^ пи отеке .ЛГУ.

Автореферат разоспан " 2/ " ^елжЬ^З КПЭг.

Учений секретарь Сттего'ачнзированного Совета кандидат физико-гг'тег-ятпчссгах: наук

г

)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Исследование динамики транспортировка интенсивных пучков заряженных частиц (1134) в плазменных средах представляет значительный научный и практический интерео. Актуальность это!! проблемы связана «»"перспективами, которые открывает возможность использования эффективной транспортировка ПЗЧ в газопламенных оредах для решения целого ряда научно-технических задач. Наряду о "традиционными" областями применения, такими как инерционный УТС, взаимодействие с конденсированными оредами, коллективные метода ускорения иснов, обозначились новые области применения сильноточных ПЗЧ - это оозда-ние СВЧ-генеряторов, накачка мошных газовых лазеров, а также большое число различных технологических задач (1,2).

Последние года.значитеьное внимание привлекло изучение динамики транспортировки релятивистских электронных пучков (РЭП) по плазменным каналам, создаваемым в разряженном газе излучением вспомогательного УФ-лазера.

Как показывает эксперимент (3,4), плазменный кзиал обеспечивает устойчивую транспортировку РЭП на значительные расстояния (4).

Однако дальнейшее продвижение в зтой области требует проведения фундаментальных исследований процессов, сопровождающих транспортировку РЭП по плазменному каналу, что и обуславливает актуальность задач, рассмотренных в настоящей диссертационной работе.

Цель работы соотоит в решении ряда актуальных задач динамика распространения релятивистских электронных пучксв в плазменном канале о учетом влияния на лроцаоо транспортировка внешних полей.

Научная новизна тботц

В диссертации на основании кинетических уравнений Власо-ва-Больцмана и уравнении переноса получены условия равновесия и уравнение огибающей релятивистского электронного пучка в плазменном канале. С помощью интегрирования уравнений движения и численного моделирования исследована эволюция электронов капала в поле пучка и собственном самосогласованном электромагнитном поле. Впервые получена система уравнений, описывающая совместную динамику электронов пучка и канала, обоснована её корректность и получено решение методом последовательных приближений. Проведено численное моделирование совместной динамики электронов пучка и канала методом "частиц".

Научная и практическая ценность

Полученные в работе уравнения динамики пучка заряженных частиц электронов плазменного канала, условия стабилизации пучка в канале и исследование их совместной динамики позволяют найти ряд оптимальных условий транспортировки пучков в плаз -. ценных каналах. Эти результаты могут быть использованы:

- при диагностике плазмы с помощью электронных пучков;

- при разработке перспективных ускорителей заряженных частиц;

- при разработке электронно-лучевых приборов.

На защиту выносятся

- условия стабилизации релятивистского электронного пучка в плазменном канале;

- уравнение огибающей пучка с автомодельным профилем плотности в канале;

- уравнение для элективного радиуса электронной компонетк канала;

- результата численного моделирования эволюции электронов канала в самосогласованном электромагнитном поло и в поле пучка с здданиши иаракотгжа:

- ураипешто сгибачдоА адсктроиов канала в поло пучка г,шс{ длительности;

- система уравнений, описывающая совместную д¡шашку пучка и канала'в модельной постановке, сё решение методом последовательных приближении;

- результата численного моделирования совместной динаш-101 методом "частиц". •

Апробация работа

Основные результата диссертации докладывались са заседаниях кафедры физической механики, на У Межвузовской конференции молодых ученых (Ленинград, 1987г.), на УТ Иег-вузовской конференции молодых ученых (Ленинград, 1988г.),

Публикация работы

Основные результата работы опубликованы в двух статьях.

Объём и структура диссертации

Диссертация состоит из Введения, трёх глав, Заключения и списка цитируемой литературы (87 названий), содержит 12 рисунков. Общий объем диссертации страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность темп, формулируется цель работы, приводится обзор литературы по теме.

В главе I на основании пню тпчос кого уравнения для фушсг» ции распределения и уравнении переноса для части; поперечного сегмента параксиального релятивистского элоктроиного пучка сформулированы условия стабилизации РЭГ[ в плазменной капало и получено выражение для равновесного значения радиуса РЭП. Для пучка с автомодельным профилем плотности получено уравнение огибающей, исследованы особенности транспортировки релятивистского пучка заряженных частиц.

В § I дается обща постанова задачи, сформулированы уравнения кинетики частиц попоречнох'о сегмента параксиального РЭП и решения уравнения доя шпекциолез сгютсогласовмшо-го электромагнитного т;;л.

В § 2 приводятся гигроскопические уравнения динамики луч-га в лонном канале. С пожило уравнений переноса записывается уравнение для средиоззадратичного радиуса, сегмента пучга и эмиттанса пучка.

В § 3 для пучка с автомодельным профилем плотности на основе уравнонш для среднеквадратичного радиуса получено уравнение огнба:оце11 релятивистского электронного пучка в плазменном гяиале. В :ачестве примера рассмотрен случай "холодного" пучка с б-образнон функцией распределения.

Б § 4 на основе уравнения огибающей рассмотрены особенности поперечной эволюции РЭП в ионном канале. Записаны репешш уравнения огибающей в специальных функциях. Сформулированы условия стабилизации "холодного" пучка.

В § 5 на основе уравнонш для среднеквадратичного радиуса сегмента пучка подучены условия стабилизации РЭП с ненулевым эмиттаисом. Получено общее уравнение для равновесного средне -квадратичного радиуса пучка, в случае широкого канала с постоянной плотностью выписаны конкретные выражения для равновесного радиуса.

В главе П рассмотрена задача о динамике электронов канала в поле РЭП с заданными параметрами.

Б § I дана общая постановка задачи о динамике .электронов, получено ингегродифиеренциальное уравнение для функции распределения электронов канала в сегменте

В § 2 на основе кинетического уравнения и уравнений переноса, аналогично Главе I, записано уравнение для эффективного радиуса электронов канала в случае пучзса с однородным профиле! плотности и получено его решение.

В § 3 проведено численное моделирование процесса формирования ионного канала полем РЭП с заданныгли параметрами методо! "крупных частиц", представлена эволюция радиуса и профиля гшо1 ности электронной компоненты канала.