Лазеры на свободных электронах с синхронизующими магнитными полями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

На права! рукописи

Г' Г 3 О Л Тулупов Андрея Вдадшшровнч ' •« ¡Л.'? "»л-»

ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ С СИНХРОНИЗУЮЩИМИ МАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ

01.04.04 - физическая электроника

¡тореферат диссерташш на соискание ученое степени жтора физико-математических наук

Москва - 1897

На правах рукописи

Тулупов АядрзЯ Взэдшйровая

ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫ! ЭЛЕК1РОНА1 С СШХРОНЙЗШИМН МАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ

01.04.04 - фззяческзя зхектроянка

Авторзфзр37 дясюртащз? на сопскаагэ учваоз стошки доктора фязжо-иашиагжчсстж

Моста ~ ISS"

Работа выполнена в Институте ядерного синтеза Российского Научного Центра "Курчатовский Институт"

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Н.С. Гинзбург

доктор физико-математических наук, профессор А. Н. Старостин

доктор физико-математических наук, профессор Н. В. Чебуркин

Ведущая организация: Институт общей физики РАН

Защита состоится "_" _ 183 года в_ часов на

заседании диссертационного совета -Л 034.04.01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РВД "Курчатовский Институт-

Автореферат разослан "_" _183 года.

Ученый секретарь диссертационного совета к. ф. -м. н.

Л. И. Елизаров

Актуальность и практическая значимость работы К настоящему времени лазеры на свободных электронах <ЛСЭ> заняла свое собственное место срэш других генераторов когерентного излучения. В трех широких диапазонах длин волн ЛСЭ не имеют конкурентов. Во-первых, в субмядлиметровой области, излучение в которой предназначено для нагрева плазмы токамаков и использования в перспективе для радарных систем. Существует ряд проектов ЛСЭ для нагрева плазмы, основанных либо на использовании индукционных ускорителей, обеспечивающих высокую импульсную мощность излучения (ГВт.) при относительно большой частоте повторения импульсов, либо на использовании электростатических ускорителей, работающих в квазинепрерывном режиме и обеспечивавших высокую среднюю мощность излучения. Последнее направление на сегодняшний день представляется более предпочтительным. Во-вторых, в инфракрасной области, где ЛСЭ используются главным образом пользователями из других областей физики, химии, биологии и медицины. Чрезвычайно важной характеристикой для пользователей является непрерывная перестраиваемость ЛСЭ. Одной из основных задач в этом направлении является создание дешевой установки, доступной многим исследователям. Это предполагает нахождение новых Физических решений, поиск которых ведется в ряде- лабораторий* Третьим диапазоном длин волн является ультрафиолетовое и рентгеновское излучениэйсточникон электронов для ЛСЭ этого диапазона являются накопители с наличием относительно больших прямолинейных промежутков. Наиболее применимой схемой ЛСЭ является оптически^. клистрон. Хотя возможно использование односевдионного ондулятора большой длины. В последнее время большдй интерес

привлекают многокомпонентные схемы ЛСЭ.

Несмотря на то, что физика ЛСЭ достигла значительных успехов, она еще далека от завершения. Актуальна задача повышения выходных мощностей. Не менее важна проблема достижения высоких коэффициентов полезного действия. Столь же важна проблема увеличения линейного коэффициента усиления, т.е. сокращения времени или пространственных размеров, требуемых для достижения насыщения. В коротковолных ЛСЭ или в случае генерации гармоник коэффициент усиления в принципе невелик, поэтому больший коэффициент усиления в этом случае имеет принципиальное значение. Очень важными задачами являются достижение спектральной чистоты, обеспечение быстрой перестраиваемости. Большой интерес представляют возможности снижения требований к электронному пучку, в особенности в связи с использованием мощных пучков электронов. Представляют интерес возникающие сопутствующие физические эффекты, результатом которых является решение перечисленных выше задач. Достаточно широкие возможности применения ЛСЭ определяют практическую значимость новых результатов, решений и механизмов взаимодействия, связанных с этим семейством генераторов.

Цель диссертации Настоящая Диссертация посвящена поиску решений сформулированных выше проблем. Нахождение этих решений возможно как на пути создания и разработки новых схем ЛСЭ. так и путем более глубокого понимания нелинейных физических механизмов, обеспечивающих работу ЛСЭ. Наконец, ясное представление о взаимодействиях в ЛСЭ невозможно без результатов численного

ч

моделирования, в особенности поскольку эти взаимодействия

приводит к значительному росту к. п. д.

2.2. Развита теория генерации гармоник в даухондуляторных ЛСЭ с дополнительными группирующими механизмами. Показано, что в этом случае возможна селективная генерация гармоник, когда усиливается только одна выбранная гармоника, а остальные : подавлены. Эффективная генерация гармоники монет достигаться не путем увеличения параметра недипольности, требующего использования больших ондуляторных магнитных полей, а выбором резонансного соотношения между периодами основного и вспомогательного ондуляторов.

2.3. Показано, что двухокдуляторный' ЛСЭ с использованием фокусирующего ионного канала, который обеспечивает возникновение дополнительных колебаний. приводящих усилению группировки электронов, дает возможность существенно увеличить коэффициент усиления в коротковолновых ЛСЭ. предназначенных для генерации излучений в УФ и рентгеновской областях.

2.4. Показано, что в двухкомпонентном ЛСЭ с дополнительными квэдрупольными." полями самосогласованно осуществляется генерация излучения в первой секции ондулятора и реализация режима отражения от пондеромоторного потенциала, характеризующегося высоким к.п. д. , во второй секции.

2.5. Показано, что к.п.д. ЛСЭ с переменными параметрами и дополнительным продольным магнитным полем при определенном

■ соотношении между величиной поля и степенью профилирования параметров ондулятора может существенно превосходить к.п.д. несинхронизованного ЛСЭ. Развита теория, позволяющая определить необходимый диапазон параметров ЛСЭ.

2.8. Предложена схема ЛСЭ, работающего с короткими электронными импульсами, который позволяет достичь мощности усиливаемой волны, существенно превосходящей уровень насыщения, обусловленного захватом электронов пондеромоторной волной. Этот эффект достигается сфазированием положений электронного и лазерного импульсов, позволяющим электронам избегать фазы синхротронных колебаний, соответствующей поглощению энергии волны* 3. Развита концепция мазеров на свободных электронах высокой средней мощности с высоким полным к.п.д., перестраиваемых с широком диапазоне частот и работающих в режиме длинного импульса электростатического ускорителя.

3.1. Предложена оптимизированная конструкция МСЭ со средней ■к

мощностью I МВт, непрерывно перестраиваемого в диапазоне 130-250 ГТц, стабильным спектральным режимом и высоким к. п. д. Разработанный МСЭ построен в Институте физики плазмы (Голландия) и находится в стадии запуска. Этот МСЭ послужил основой для более мощных МСЭ, разрабатываемых в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренеа (США) и в рамках Германско - Голландско -Бельгийского проекта по физике плазмы.

3.2. Построен многочастотный трехмерный численный код. описывающий взаимодействие в МСЭ в условиях реального распределения полей. Указанный код будет общедоступным через сеть internet в режиме анонимного доступа.

3.3. Показано, * что разработанная двухкомлонентная схема МСЭ позволяет обеспечить устойчивую совместную работу обеих. секций ондулятора: первой как генератора и второй как усилителя.

3.4. Показано, что при оптимизации режимов работы МСЭ с целью

достижения режимов работы со стабильной спектрально-узкой выходной линией излучения принципиально выжным является учет сил пространственно заряда, возникающих при группировке электронного пучка в процессе взаимодействия. Определены пути управления спектром излучения МСЭ с целью достижения наиболее оптимальных спектральных режимов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 12-ой (Париж. 1890), 14-Ой (Кобе. 1882). 15-ой (Гаага, 1883), 18-ой (Стенфорд, 1984), 17-ой (Нью-Йорк. 1885), 18-ой (Рим. 1888) Международных конференциях по лазерам на свободных электронах; на 5-ом Европейском совещании по лазерам на свободных электронах (Англия. 1883), на 2-ом и 3-ем совещаниях по мазерам на свободных электронах "(Голландия. 1882. 1983). на 9-ом Международном совещании по электронному циклотронному нагреву плазмы (Калифорния. 1885), на 2-ом и 3-ем Международных совещаниях по мощным микроволнам в плазме (Нижний Новгород, 1983), на 7-ом Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Новосибирск, 1888). а также на научных семинарах РНД "Курчатовский институт". Института общей физики РАН, МГУ им. М. В.Ломоносова. Института физики плазмы (Голландия), Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (США). Берклиевской национальной лаборатории им. Лоуренса (США). Технического университета г. Эйндховен (Голландия). Зколь Политекник (Франция). Национального исследовательского центра в Бруэ-ла-Шатель (Франция) и др.

Публикации. Основное содержание диссертации оубликовано в 40 работах.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из

введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержащего 133 наименование, содержит ,42 рисунка и изложена на 198 страницах.

Основное содержание диссертации

Во введении приведен обзор исследований, относящихся к рассматриваемым в диссертации проблемам, сформулированы основные научные результаты работы, их актуальность и практическая значимость.

В "главе I предложена новая схема лазера на свободных электронах с дополнительным синхронизующим магнитным полем, перпендикулярным к направлению движения электронного пучка. Присутствие поперечного магнитного поля наряду с полем ондулятора позволяет сфазировать взаимодействие электронов с э. м. волной таким образом, что все электроны пучка в момент достижения синхронизма передают энергию волне. В результате появляется возможность использования мощных горячих электронных пучков и создания на базе предложенной схемы ЛСЭ с высокой импульсной мощностью и с высоким к. п. д.

В разделе 1.1. рассмотрены физические принципы, приводящие к эффекту автофазировки электронного пучка при использовании дополнительных синхронизующих магнитных полей. Как известно механизм усиления электромагнитной волны в ЛСЭ состоит в следующем. Электроны пучка взаимодействуют с бегущей пондеромоторной волной (комбинационной волной) с волновым вектором к = ks+kw и час.тотой <•> = «.. где o>s- волновой вектор и частота электромагнитной волны (волны сигнала); kw=2t^w; \v- период ондулятора иди вигглера. Фазовая скорость комбинационной волны "рь*"^ < с Сс -скорость света), поэтому релятивистский электрон

ю

может находиться в резонансе с комбинационной волной , отдавая при этом свою энергию. Сброс энергии приводит к уменьшению продольной скорости электрона и переходу его в ускоряющую фазу поля. Таким образом возникает естественное ограничение к. п. д.

Для существенного увеличения к. п.д. необходимо длительное поддержание фазового синхронизма электронов с комбинационной волной. Устойчивый синхронизм может быть обеспечен путем адиабатического изменения фазовой скорости комбинационной волны за счет адиабатического изменения параметров ондулятора (вигглера) В этом режиме электроны захватываются комбинационной волной и совершают устойчивые колебания вблизи резонансной тормозящей фазы. Для захвата на устойчивые траектории необходим хорошо сформированный электронный пучок. В предложенном альтернативном варианте высокоэффективного ЛСЭ компенсация уменьшения продольной скорости частицы происходит за счет ее поперечной скорости. Это достигается путем медленного поворота электронов в магнитном поле, поперечном оси ондулятора. В результате обеспечивается длительное соблюдение условия фазового синхронизма электронов с комбинационной волной. Однако возможен к другой эффективный режим работы ЛСЭ: однократное отражение от пондеромоторного потенциала - при определенном значении магнитного поля все электроны пучка независимо от наличия разброса по импульсам проходят через резонансное условие, имея запращанныэ интервалы фаз. При этом взаимодействие может быть организовано такиа образом, что запрещенные интервалы фаз соответствуют поглощэшш электронами энергии волны, а разрешенные интервалы фаз - сбросу энергии. Таким образом, реализуется своеобразный механизм

автофазировки: происходит отдача энергии волне и не может происходить обратный процесс. Это открывает возможность использования мощных горячих электронных пучков. В разделе аналитически получена "оценочная формула для к. п. д.

г? » —- -/"¡Г1"". С1.1Э

• 3 п у в V

о

где введены безразмерные параметры ан ^шс1, уо=*о/тс2.

амплитуды з. м. волны и поля ондулятора; *0 -начальная энергия электрона. пт- резонансная скорость электрона, нормированная на скорость света. Определены оптимальные условия, накладываемые на величину синхронизующего магнитного поля, при которых пучок электронов с заданным разбросом пройдет через резонансное условие. Численно продемонстрирована реализуемость эффекта.

В раздел® 1.2 построена аналитическая теория, описывающая генерацию излучения в схеме ЛСЭ с однородным и имеющим продольный градиент синхронизующими магнитными полями в линейном приближении по интенсивности усиливаемой волны. Показано, что аналогично классической схеме ЛСЭ в первом приближении теории возмущений изменение энергии электронного пучка после усреднения по начальным фазам электронов равно нулю. Усиление возникает во втором порядке теории возмущений, и коэффициент усиления определяется производной по энергии от квадрата изменения энергии электронов в первом порядке теории возмущений

г

-5" 'Л' <г">~~---С1.1Э

2 ^ к2*2 • с2

• «

где г - лоренц фактор. « - плазменная частота пучка, кв- волновой вектор усиливаемой волны, а - безразмерная амплитуда усиливаемой

1 г

волны. Однако в отличие от классической схемы ЛСЭ коэффициент усиления напрямую не связан в формой линии .спонтанного излучения электрона. 8 разделе также показано, что в линейном приближении усиление волны определяется граничными эффектами. В пределе l -» а> усиление равно нулю. Исследована деградация коэффициента усиления при увеличении напряженности синхронизующего магнитного поля. Показано, что уменьшение коэффициента усиления может быть компенсировано только увеличением плотности тока электронного пучка. В разделе также численно решена самосогласованная задача об усилении волны в режиме генерации и насыщения.

В разделе 1.3 рассмотрена теория ЛСЭ с синхронизующими магнитными полями нелинейная по полю усиливаемой волны и независимо нелинейнаяпо току пучка электронов. Получена строгая аналитическая формула для к. п.д. в режиме автофазировки при отражении от пондеромоторного потенциала:

4 к 1/2

ff ----Г—5 а а 1 jCg э С1.2Э

е I , s wl г

nr kw

где \w - период ондулятора. aw- безразмерная амплитуда

поля ондулятора, леер представляет собой интеграл на фазовой плоскости

1 Эг

Кв Э -----Г t cos© +COS0 - С п-в -eisin& 3 d0 .

Г J Г Г Г ^

Здесь резонансная фаза, .тсеэ монотонно убывает от единицы до нуля при изменении &г от О до пу2. Отметим, что формула (1.2) не зависит от начальных условий, т.е. возможно использование сильноточных мощных электронных пучков, способных обеспечить высокую мощность излучения. Высокая мощность соответствует одновременно высокому к. п. д. Эффект имеет граничный характер:

резонансная фаза формируется . при достижении амплитудой

волны определенного уровня

„2. - О2

. _ 1 1 dh Cz5 н ., „

sin© =+ —-----—---------. С1 . 33

г 2к a a dz 2

V в W С

s i n©r не должен превосходить единицу. Здесь предпоследний сомножитель описывает зависимость синхронизующего магнитного поля от продольной координаты (= I при однородном поле), он-соответствующая циклотронная частота.

В этом же разделе исследовано усиление з. м. волны в линейном приближении по ее интенсивности (эффект автофазировки еще не работает sine> 1), ив нелинейном по току электронного пучка На основе уравнения Власова и волнового уравнения с нелинейным поперечным током исследовано усиление в комптоновском режиме, комптоновском режиме с сильной накачкой и рамановском режиме в случаях малого и большого изменения продольной скорости ведущего центра электронного пучка по сравнению с разбросом по продольной скорости. В наиболее интересном втором случае аналитически показано, что усиление не зависит от разброса по импульсам в электронном пучке {хотя, естественно, возникает ограничение, связанное с реальным ограничением длины области взаимодействия). Другим важным результатом является то. что переход к более слабой "по сравнению с линейной зависимости коэффициента усиления от тока пучка происходит при существенно больших плотностях тока, чем в обычных ЛСЭ. Это позволяет скомпенсировать снижение коэффициента усиления по сравнению с холодным пучком путем наращивания плотности тока пучка.

В разделе 1.4 предсказан эффект уменьшения энергетического

разброса электронного пучка (охлаждение) в результате неупругого взаимодействия электронов с мощной электромагнитной волной в ЛСЭ с синхронизующим магнитным полем в обращенной конфигурации, когда электроны испытывают ускорение. Эффект охлаждения электронного пучка есть следствие своеобразного автопроцесса: при определенных соотношениях между амплитудой поля волны, ондулятора и постоянного магнитного поля все электроны получают только приращение энергии, причем тем большее, чем меньше начальная энергия электронов. В результате имеется принципиальная возможность значительного охлаждения электронного пучка (уменьшения энергетического разброса). Малый энергетический имеет решающее значение для реализации коротковолновых лазеров на свободных электронах. На основе аналитической теории показано, что начальный разброс ¿r0 будет ликвидирован (с точностью до членов (буа )г) при выполнении условия

16S гСоО , П . 2

— -- =---------Г---S-1 . (1.4J

rT n2a a Uk J

8 V V

где до-отклонение центра энергетического распределения пучка от резонансной энергии rr. s(а) связано с к.п.д. (1.2): -о =

4Сга a В = arcsina. ПРИ -4. <^г=1+а2/2Э И

g w Г * v W

реально достижимом ав~1СГ2 начальный разброс 6r0'г = Ю"г - I0"3 может быть уменьшен на два-три порядка.

Раздел -1.5 посвящен исследованию режима отражения от пондеромоторного потенциала в ЛСЭ с переменными параметрами и продольным магнитным полем. Аналитически показано, что при определенных условиях, когда параметр . определяющий продольную группировку электронов стремится к нулю. к. п.д. может существенно превосходить к. п. д. ЛСЭ с переменными параметрами без продольного

1S

магнитного поля. Физической причиной увеличения эффективности является изменение характера движения электрона за счет наличия продольного магнитного поля. В результате этого изменения возрастает эффективное время нахождения частицы в области выполнения резонансного условия при сохранении режима автофазировки. Численный самосогласованное решение в переменных энерия - фаза подтверждает полученный результат. Однако, поскольку и аналитическая теория и численное решения в указанных переменных построены на предположения о малости изменения энергии электрона, то для нахождения предельного к. п. д. необходимо трехмерное решение задачи без наложения ограничения на изменение энергии. В результат© ее численного решения показано, что начиная со значения параметра инерционной группировки О,5-0,8 одномерная теория начинает давать нёверный результат-, на самом деле рост к. п. д. останавливается и переходит в спад. Таким образом, эффект увеличения к. п.д. максимален при приведенных значениях параметра группировки электронов.

В главе 2 предложены новые схемы ЛСЭ с дополнительными группирующими магнитными полями, позволяющие управлять механизмом Группировки электронов и достигать либо высокого коэффициента усиления, либо высокого к. п.д.. а также осуществлять эффективную селективную генерацию гармоник при малом параметре недипольности. Эти схемы реализуются в случае холодных электронных пучков.

В разделах 2.1 и 2.2 построена теория значительного увеличения коэффициента слабого сигнала ЛСЭ. а при ином вцборе параметров - нелинейного увеличения к.п.д. за счет реализации режима авторезонанса - в двух различных, но сходных по физическому

механизму новых схемах ЛСЭ-. в ЛСЭ с вынужденными бетатронными колебаниями и в ЛСЭ с вынужденными циклотронными коолебаниями. Первая лриложима для меньших энергий электронного пучка (1-5 МэВ), вторая - при больших энергиях (5 - 20 МэВ). С физической точки зрения эффекты возникают в силу того, что помимо механизма продольной группировки электронов, связанного с зависимостью амплитуды ' колебаний поперечной скорости электрона в поле ондулятора от его энергии, дополнительно возникает. другие механизмы. Они обусловлены зависимостью волнового числа бетатронных или циклотронных колебаний от энергии электрона и проявляются только при наличии переменной вынуждающей силы, имеющей фиксированную длину волны колебаний. Увеличение скорости группировки достигается при приближении частоты бетатронных или циклотронных колебаний к частоте внешней вынуждающей силы второго вспомогательного ондулятора. При определенной комбинации параметров оба механизма действуют в противоположные стороны и могут компенсировать друг друга. В этом случае при длительном сохранении условия синхронизма происходит существенный рост к.п. д.

В разделе 2.3 предложена схема ЛСЭ. позволяющая увеличить линейной коэффициент усиления для существенно больших энергий электронов <1 ГэВ) соответствующих коротковолновой области спектра. где это особенно актуально. Эффект основан нэ использовании фокусирующих свойств ионного канала. который создается самим же электронным пучком. Показано, что несмотря на непостоянство продольной * скорости электрона существует область параметров, где паразитная переменная составляющая может быть подавлена.

В разделах 2.4 и 2.5 показано, что в двухондуляторных ЛСЭ о! продольным магнитным полем и с фокусирующим основным ондулятором возможна реализация режима эффективной генерации гармоник, т.е. уменьшения длины волны излучения без увеличения энергии пучка. Причиной возникновения этого эффекта является более сложный характер колебания электронов в рассматриваемых полях, чем в традиционном ЛСЭ. Продольная скорость частицы осциллирует как с периодом х^ъ и фиксированной амплитудой, так и с периодом и переменной амплитудой (биения). И те и другие колебания могут приводить к излучению гармоник основной частоты. Развитая процедура распутывания отдельных составляющих спектра позволяет определить условия, при которых коэффициент усиления для выбранной гармоники усиливается, а для остальных подавляется.

В разделе 2. в предложена новая схема и развита теория двухкомпонентного ЛСЭ. которая с учетом реального поля ондулятора обеспечивает генерацию излучения и фокусировку пучка в первой секции и выполнение режима отражения с высоким к. п. д. во второй секции. Одновременно с переходом к режиму отражения устраняется возможность ускорения электронов. Это достигается путем использования дополнительного квадрупольного поля, приводящего к необходимому сфазированию взаимодействия.

В разделе 2.7 показано, что в ЛСЭ с короткими электронными микроимаульсами возможна реализация режима, когда, мощность излучения значительно превоходит мощность насыщения. Если размер микроимпульса <=-в меньше, чем длина проскальзывания между

электронным и оптическим микроимпульсами, то при модуляции периода повторения электронных микроимпульсов по закону д .= д /сп+1 з1".

г де п - число проходов через ондулятор, - до=д/2 - - начальное расстояние между микроимпульСами, мощность излучения может быть увеличена в (Д-^)4 раз.

В главе 3 развита концепция мазеров на свободных электронах (МСЭ) высокой средней мощности (свыше I МВт) с высоким полным к.п.д. , перестраиваемых в широком диапазоне частот и быстро подстраиваемых по частоте, работающих в режиме длинного импульса электростатического ускорителя.

В разделе 3. I сформулирована совокупность требований к МСЭ для нагрева плазмы и на базе баланса возможностей определены диапазоны • параметров генератора," которые позволяют самосогласованно удовлетворить сформулированным требованиям. Достигнутое понимание функционирования и возможностей двухкомпонентной схемы МСЭ уже послужило основой других физических проектов: 4-х мегаватного проекта МСЭ в Ливерморской лаборатории и рассматриваемого в настоящее время Евроатомом проекта 2-х мегаваттного компактного МСЭ.

В разделе 3.2 проанализировано состояние проекта МСЭ (институт физики плазмы, Голландия, финансировавшегося в том числе Евроатомом) на момент подключения к нему автора (конец 1891 г.) и показаны заложенные недостатки, потребовавшие переработки проекта. В связи с этим рассмотрено взаимодействие в МСЭ в одночастотном режиме. Сформулированы физические принципы, на которых должен строится адекватный трехмерный код и приведены соответствующие уравнения с учетом пространственного заряда. Предложен окончательный проект МСЭ, способный устойчиво генерировать в диапазоне 130-250 ГГц, который реализован экпериментально и

находится в стадии запуска. Исследованы основные характеристики генератора и основные зависимости от параметров двухкомпонентного ондулятора и электронного пучка. Полученные результаты полностью удовлетворяют требованиям Евроатома.

Раздел 3.3 посвящен разработке трехмерного многочастотного кода, использующего реальное распределение полей. Исследованы спекртальные режимы работы МСЭ в зависимости от основных регулируемых параметров: селективности отражения, длины дрейфового промежутка, абсолютной величины коэффициента отражения и положения максимума кривой коэффициента отражения. Проанализировано появление сателлитов в спектре излучения. Показано, гибкость заложенная в проекте позволяет достигать различных спектральных режимов работы. Шесте с тем показано, что для получения полной картины спектральной эволюции принципиально важным является учет сил пространственного заряда.

Раздел 3.4 посвящэн исследованию спектральной динамики МСЭ с помощью многочастотного одномерного кода, полностью учитывающего продольное перераспределение плотности пучка под действием комбинационной волны и нормируемого на трехмерные стационарные результаты с целью эффективного моделирования трехмерных эффектов. Определены пути стабилизации спектра, в том числе при помощи подавления нарастания паразитных мод за счет сил пространственного заряда. Продемонстрированы возможности достижения абсолютно чистых спектральных режимов.

В заключении подведены итоги работы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

го

работах:___________________________________________

1. Базылев В. А. . Тулупов А. В. ЖТФ, т. 57. с. 2222. IS87.

2. Базылев В. А., Тулупов А. В. Квантовая электроника, т. 15г. с. IOI, 1988.

3. Базылев В. А. . Тулупов А. В. Тез. докл. 7 Всес. симп. по сильнотачной электронике, Новосибирск. IS88, ч. I, с. 265.

4. Bazylev V. А. . Tulupov А. V. Nucl. Instrum. Meth. , v. А304, р. 487, 1991.

5. Базылев В. А.. Тулупов А. В. Изв. ВУЗов - Радиофизика, т. 32, с. 1238. 1989.

6.Головизнин В.В.. Тулупов A.B. Сб. научн. трудов ИАЭ, т.2, с. 121. 1990.

7. Базылев В. А. . Тулупов А. В. Физика плазмы, т. 14. с. 859, IS88.

8. Базылев В. А. , Тулупов A.B. Письма в ШЭТФ. т. 53, с. I3ß. IS9I.

3. Bazylev V. А. , Tul upov А. V. Nucí. I nstr um. Meth. , v. A331 , p. 332,

1993.

10. Bazylev V. A. , S. A.Mikheev, V.A341, p. ABS73, 1994.

11. Базылев В. А., Тулупов А. В. 12.,Базылев В. А. .' Тулупов А. В.

1980. «

13. Базылев В. А., Тулупов А. В.

14.Базылев В.А., Тулупов A.B. 1391.

15. Bazylev V. А. , Tulupov А. V.

1993.

18.Тулупов A.B. Квантовая электроника, т.TS. с.535. 1832.

Tulupov А. V. Nucl. Instrum. Meth. ,

ЖТФ. т. 59. с. 67, 1989.

Квантовая электроника, т.17, с. 156,

ЖТФ. т. 61. С. 151. 1991.

Квайтовая электроника, т. 18, с. 1322,

Nucl. Instr um. Meth.. v. A331 , р. 743,

17. Tulupov A. V. Phys. Lett. , v. A178, p. 289, 1993.

18. Tulupov A. V. Nucl. Instrum. Meth.. v. A341, p. ABS85, 1994.

19. Тулупов А. В. Квантовая электроника, т. 19, с. 538, 1982.

20. Tulupov А. V. Nucl. Instrum. Meth., v. A331 , p. 742, 1993.

21. Tulupov A. V. Nucl. Instrum. Meth., v. A358, p.ABS18, 1995.

22. Тулупов А. В. Письма В ЖТФ. Т. 17. с. 34. 1891.

23. Тулупов А. В. Письма в ШТФ, т. 18, Nil, с. 51, 1992.

. 24. Urbanus W. Н. , Best R. W. В. , Bongers W. А......Tulupov А. V. , et

al. Engineering design of the FOM-Fusion-FEM. FOM-Instltute for Plasma Physics. The Netherlands, October 1992, FOM - 92.2213/1. 25. Urbanus W. H. , Best R. W. B. , Bongers W. A......Tulupov A. V. ,

et ai. 2 Межд. Совещание но мощнш микроволнам в плазме. Нижний Новгород, август ISS3.

28- Verkhoven A. G. А. , Bongers W. А. , Elzendoorn В. S. .... Tulupov А. V.. et al. Proc. SPIE. v.2104. p.M1.2. 1993.

27. Urbanus W. H. , Best R. W. B. , Bongers W. A......Tulupov A. V. ,

et al. Nucl. Instrum. Meth.. v. A341, p. ABS53, 1994.

28. Tulupov A. V., Van der Wiel M. J. , Urbanus W. H. ,Caplan M. Preprint of the Institute for Plasma Physics, N .93-217, The Netherlands, 1993.

28. Tulupov A. V., Urbanus W.H. , Van der Wiel M. J. , Caplan M. , NUcl. Instrum. Meth., v. A341, p. 30S. 1994.

30- Eecen P. J., Schep T. J. , Tulupov A.V. Phys. Retf. E, v. S3, p. 5460, 1995.

32- Caplan M. , Antonsen Т., Levush В., Tulupov A. V. , Urbanus W. Nucl. Instrum. Meth., v. A3S8, p. 174, 1995.

33. Eecen P. J. , Tulupov A. V. , Schep T. J. , Nucl. Instrum. Meth. ,

V. А341 . p. 309, 1999---------- ----------------------------

34- Eecen P. J., Tulupov A. V. , Schep T. J., Nucl. Instruis. Meth.-. v. АЗЗЭ, p. 178, 1995.

35. Urbanus W. H. , Best R. V. B. , Bongers tf. A......Tulupov A.'V. ,

et al. Hucl. Instrum. Meth., v. АЭ58, p. 155, 1995. 38.Caplan M. , Shang C. , Nelson S. , Antonson T., Lavush В., Urbanus W.H.. Tulupov A.V. Extrapolation of the Dutch 1 MV Tunable' Free Electron Maser to a 5 MW ECRH source. Proc. 9th Workshop.on Electron Cyclotron Emission and Electron Cyclotron Resonance Heating. Borregô Springs, CA, USA, 1995.

37.Caplan M. , Valentinl M. . -Verhoeven A., Urbanus W. , Tulupov A. V. Proc. 18th Int. FEL Conference. August 1996, Rome, Italy.

38. Caplan M. , Valentini M. , Verhoeven A. , Tulupov A. V. , Denisov

g. 3-е Межд. совещание по мощным микроволнам в плазме. М. -СПБ. . авг. IS98.

39. Caplan M. . Valent! ni M. , Verhoeven A. G. A. , Urbanus W. H. , Tulupov A. V. 18th Int. FEL Conference, Rome, Aug. 1996.

40. Eecen P. J. . Schep T. J. , Tulupov A. V. Nucl. Instrum. Meth. , v. A375, p.190, 1996.

аз