Режимы нелинейного насыщения в черенковском лазере на свободных электронах с диэлектрическими элементами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

МОСКОВСКИ.! ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА. ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

Научно-исследовательский институт ядерной физики

РЕШИМ НЕЛИНЕЙНОГО НАСЫЩЕНИЯ В ЧЕРЕПКОВСКОМ ЛАЗЕРЕ НА СВОЮДШХ ЭЛЕКТРОНАХ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

01.04.08 - физика л химия плазж

Автореферат диссертации на соискание учёной степони кандидата физико-м&тематическюс науг

УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи УДК 538.56

ЛЕНСКИЙ Игорь ШеликсоЕич

Москва 1?90

Работа выполнена на физическом факультете Московского государ- , ственного университета имени М.Б.Ломоносова

. доктор физико-математических наук, доцент В,К.Гришин доктор физико-математических наук .. А.Ф.Александров доктор физико-математических наук С.Н.Столяров

Институт общей физики АН СССР - -. Защита диссертации состоится "//" 1990 г. в /£~час.

па заседании Специализированного совета K-053.05.G5 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова Адрес: Ц9899, Москва, НИИ® МГУ, 19 корпус, ауд. 2-15 С диссертацией можно ознакомиться в библиотека НИИ® МГУ

Каучшй руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Автореферат разослан " /У" 1990 года.

ч,0 -

Учёный секретарь СпециализироватюГ'О-' совета." -"/ кандидат физико-математических наук'

^"""Ч- ууСг | .В]Радченко

•V V "Г^- /

Актуальность темя. Исследэзадоя, нацеленкие на разработку плазмонннх и вакуумных приборов, предназначенных длг. усичепия ( генерации) модного электромагнитного излучения, относится к одному кз перег.ектиънпх направлении современной физики интенсивных пучков зар/гкенних частиц. Бурное развитие данного напраЕлен-ия. вызвано потребность» <Т.\аментальной науки и ряда прикладных программ в разнообразных по своим характеристикам исгочш-ках электромагнитного излучения. Различные пучкошс устройства ужо сегодня позволяют перекрыть широкин интервал д.шн волн от метрового до субмиллиметрового и болзо коротковолнового диапазонов.

В то же время, КПД реальных устройств, б особенности наиболее высокочастотен, остаётся достаточно низким. 3 йдяэи с этим наряду с разработкой принципиально новых приборов, в частности обеспечивавших дальнейшее продвижение в коротковолновую область спектра, особую актуальность приобретают исследования, ерионтир-опанкие на пойся способов повышения эффективности ухе ииеххцихсв устройств,

Уснлнтолъшо свойства электродинамических систем с пучками заряженшх частиц обусловлены их неравновесностью. г'аэвивагщиесл в таких системах неустойчивости приводят к перераспределению кинетической энергии пучка между различными его степенями свобода и возбукдаежм злыстромагнитшм нолей. Если длина системы, длительность пучка достаточно велики, то за соответствующим линейному этапу взаимодействия "волна- пучок" экспоненциальным нарастанием видел отплс начальными условия« типов возмущений елодует насыщение процесса усиления, и амплитуда электромагнитного поля достигает максимально. ) значения. Параметру состояния нелинейного насыщения определяют предельные возможности конкретного устройства по возбуждению электромагнитного излучения. В связи с этим актуальной является задача теоретического описания режимов нелинейного насыщения в устройствах СШ-электроники.

В настоящее вре:.ш многочисленные прикчодкые задачи стимулируют но только разработку систем, обеспечивающих дос ги-.енн^ рекордные уровней мощности излучения, ь^ и работы но созданию относительно проста, компактных коротковолновых приборов с хороший возможностями по управление рабочая частотой. Поотоиу значительное внимание привлечено и к так называемым черенке вс:<им

-

лазерам на свободных электронах (ЧЛСЗ), которые являются высокочастотными - с длиной полны менее I ш - аналога?;® таких клас- • сичесьих систем, как лампа бегущее волны (.ЛЕВ) типа 0. Усиление электромагнитной волны в ЧЛСЭ происходит в результате взаимодействия электронного пучка с замедляющей системой, выполненной, например, в виде волновода.с диэлектрическим элементами. Благодаря простоте конструкции подобные устройства, работающие а дальнем инфракрасном диапазоне, могут успешно конкурировать и с тактам относительно новыми перспективными приборами, как лазеры на свободных электронах. У-го делает актуальными теоретические исследования физических процессов в ЧЛСЭ и, в частности, описание применительно к ЧЛСЭ режимов нелинейного наскцения, рассмотрение которых позволяет выявить предельные возможности этих систем и пути оптимизации их параметров с целью повышения КОД,

Цель работы: - аналитически исследовать характеристики предеяымх состояний нелинейного насыщения взаимодействия "волна - пучок" б системах типа ЧЛСЭ с диэлектрическими элементами;

- разработать теоретическое описание линейного режима усиления и режима с предельным возбуждением электромагнитного поля в имеющем реальный экспериментальный аналог ЧЛСЭ с Планерной геометрией и ленточным пучком; исследовать возможности оптимизации его параметров.

Научная новизна: проведённых исследований характеризуется следующими результатами:

- применительно к ЧЛСЭ с пучком малой плотности С комптоно-векки режим усиления) разработана модификация метода равновесных нелинейных волн, свободная от априорных предположений о форме модуляции плотности захваченного пучка, исследованы свойства возможных распределений захваченных волной частиц;

- установлены аналитические соотношения, описывающие обусловленное захватом пучка нелинейное насыщение в случае, когда существенны коллективные пучковые эффекты; с помощью указанных соотношений получена оценка верхней границы диапазона токов, в котором механизм нелинейного насыщения связан с захватом пучка, определено максимальное по току пучка значение предельного К11Д ЧЛСЭ;

-

- в рамках метода равнозесннх нелинейных воли исследованы состояния нелинейного насыщения в ЧЛСЭ с планарноп геометрией, определены зависимости предельного КПД устройства от параметров волне водной системы .и электронного пучка.

Практическая ценность представленных в диссертации'результатов определяется тем, что они непосредственно могут1 быть использованы при разработке и оптимизации конкретных конфигураций • ЧЛСЭ с диэлектрическими элементами. Креме того, развитый в диссертации применительно к ЧЛСЭ аналитический подход позволяет исследовать предельные режимы и в других пучково-волноводных вакуумных и плазменных системах.

На ззднту выносятся:

1. Результаты самосогласованного описания предельных состоянии нелинейного насыщения в диэлектрических велноводшх системах ("£ - системах") с интенсивными пучками заряженных частиц

в условиях одночастичного вынужденного эффекта Черенкова.

2. Результаты аналитического исследования равновесных нелинейных состоянии "волна - захваченный пучок" 'ч применительно к

£ - система!.!) в случае, когда существенную роль играют коллективные пучковые эффекты.

3. Результаты аналитического исследования нелинейного насыщения в ЧЛСЭ с планарной геометрией, а также вывода теории о предельных возможностях данной усилительной системы и пут/к повышения её эффективности.

Апсобация работы. Материалы диссертации докладывались на УЦ Всесоюзном симпозиуме ло сильноточной электронике (Томск,1968 ), на международной конференции "ВЕАМВ - 88" (' Карлсруэ,ФРГ, 1988), на семинаре по физике плазмы под руководством профессора А.А.Ьу-хадэз, на семинаре по сильноточным пучкам заряженных частиц под руководством профессора А.А.Коломенскогс в ФИАН.

Публикации. Основные результаты настоящей работы отражены в пяти публикациях.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, трёх приложений и описка литературы (ИГ наименований). Работа изложена на 1£/4странж;ах, содержит 23 рисунка.

Содержание работы.

Вэ в а еде; г'.к определены область у предмет исследований, по - ■ калана их актуальность и сформулировала цель. Введение включает также характеристику содержания диссертации по главам.

Пеояая г л? па поовкцена. обоснованию и формулировке основных положении метода равнва'ескых нелинелных волн, позволяющего на основе кинетического описания захваченного г-олноя пучка и использования законов оотрг.ненил энергии и импульса получать сакосог-ласоьанше оценки параметров проделмсас состояний нелинейного насыщения.

С целью уточнения постановки задачи в §1.1 обсуждается линейные дисперсионные свойства простейшей £ -волководией системы в виде цилиндрического ьолноъода с о,41 юродам £ -заполнением, пронизываемого поперечно однородном монозпергетическим замагни-ченшм пучком. Рассмотрены режимы усиления Ь условиях одночас-тичпого вынужденного эффекта Черепкова ("комптоноэскик режим") и коллективного вынужденного эффекта Черепкова ("рамашвекий режим" ) . Представлены критерии, в явном виде фиксирующие соответствующие диапазоны значений тока пучка Ть :

¡\с /¡о (¿{к, - 1) » 1 ~ комптоновский режим

Ы Уь\ (61%о' " рамаиовский режим

( Безразмерный параметр определяется соотношением: 7( £ /4 * > ГД° и ^ ~ м^сса и заряд электрона, с - скорость света; (До - скорость инжектируемых электронов; ;

О. -радиус волновода; кх - корень уравнения Ус О , где

X ~ Функция Бесселя нулевого порядка. Кроме того, рассмотрены настроечные кривые ЧЛСо ЛвЫ1С и специфика ¿правления рабочей длиной волны Ав романовском режиме.

В § 1.2 дан обзор результатов экспериментальных и численных исследований нелинейного насыщения взаимодействия "пучок -медленная электромагнитная волна" в различных пучково-волновод-гис еистемах. Специфика предельного состояния определяется как величиной тока пучка, так и геометрией конкретного устройства. В комптопобсл'оп режиме насыщение наступает вследствие захвата

частиц пучка полем возбуждаемой волш. При больших токах нелинейны з эффекты приводят к нарушению синхронизма между медленной пучковой и электромагнитной волнами, а в результате - к насыщении взаимодействия до достижения полем уровня, достаточного для захвата пучка. В этом случае насыщение происходит вследствие "нелинейного сдвига частоты".В параграфе показано, что простые рас-сугдения позволяют получить оценку значения Тя , при котором "включается" дакный механизм насыщения. Для достижения амплитудой золш уровня захвата необходимо, чтобы инкремент был отличен от нуля еплоть до момента выравнивания фазовой скорости зол-ны и скорости пучка, полагая указанные скорости равными и используя для приближённого вычисления соответствующего инкремента линейное дисперсионное уравнение, найдём, что он равен нулю и, следовательно, насыщение будет обусловлено нелинейным сдвигом частоты, если (при

При мень'шх токах насыщение связано с захватом пучка.

В случае моноэнергетического и узкого по сравнению о масштабом поперечной неоднородности электромагнитной волш пучка эксперимент и численныо расчёты выявляет? осциллирующую картину предельного состояния "волна - захваченный пучок": пучок разбивается на узкие сгустки, колеблющиеся в поле волны, чтс приводит и к о с цилля цкям амплитуды поля. Если яе пучок "широкий" или шеет большой тепловой разброс, то после экспоненциального роста амплитуда волны бистро выходит на постоянный урозень. В этом случао неоднородность в условия:« движения 'частиц пупса приводит к их фазовому перемешиванию, а в итого - к синхронизации волны и пучка и установлению квазиравиовесного распределения захваченных частиц в иоле волш, то есть к достижению состояния определяемого как равновесная нелинейная волна.

В реальнее устройствах типа ЧЛСЭ, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне, пучок, распространяющийся в канале с диэлектрическими стенками, взаимодействует с поверхностной волной, поле которой сосредоточено а узкой области вблизи границы "вакуум - диэлектрик". Поэтому подобные системы - системы с "широкими" пучками, и изучение разновесных нелинейных воли з ЧЛСЭ представляет непосредственный практический интерес

В § 1.3 обосновывается система уравнений, игратацая а после-дущем анализе основную роль. При исследовании систем с "широкими" пучками использование граничных условий поля и условия синхронизации волны и захсаченного пучка позволяет свести уравнения законов сохранения энергии и продольного импульса к системе соотношения баланса соответствующих средних по периоду волны потоков: ' ✓ т-

((£•£) - фазовая скорость волны в предельном состоянии; П£ и средние потоки энергии й импульса электромагнитного поля; Й^' -средпяя по длине волн» погонная плотность энергии электронов пучка в системе отсчёта волна Т' I /"ОР" Функция, описываящая распределение плотности пучка 8 £' в зависимости от продольной координаты у у . Эти соотношения позволяют, не рассматривая е во лоцию йзаиыодеиствия от линейной стадии до нелинейного насыщения, непосредственно связать параметры инжектируемого цуч-,ка ( справа) а интегральные по сечешш волновода характеристики предельного состояния (слева-) « С юс поггащыз, даже не конкретизируя значение величиш можно оценить 1ШД усиления. Так, например, в комптоновоком режиме, вне зависимости от структуры модуляции пучка в предельной состоянии, справедливо соотношение:

в котором вид*, функции зависит лишь от геометрии волно-

водной системы. При этом оптимизация приведённого соотношения по

, то есть по конечной скорости волны и пучка, даёт оценку предельного КЦЦ сверху; соответствующий пример рассмотрен в, §3.2.

Самосогласованное значение р> , а значит и КЦЦ, монет быть определено при условии, что будет найден вид функционала

г зсть рассмотрена задача о структуре предельно го состояния пучка.

Решению этой задачи посещена Глава 2. В ней представлены результаты исследования самосогласованных нелинейных состояний

(ахваченного пучка.

В § 2.1 сформулирована процедура определения равновесной синетической функции распределения Ttp^Jx) (р ~ импульс »лектроца в 7} - поперечный компонент радиус-вектора) ,

(твечаюцей заданному профили модуляции пучка р' ("%} . Расскот-эение базируется на решений стационарного уравнения Власова с :амосогласованныы полем (пучок замагничен) :

•де продольныйкоипоненг электрического псля волны. Анализ

юказывает, что без ограничения общности достаточно рассмотреть вшъслучай, когда f>'(?) - четная при соответствующем выборе гачала координатпериодическаяфункци).. При этом шжет быть оп->еделона однозначная функция р'(и') , где-потонциал U' ¡пределен соотношением: eF^Vfo^. . Тогда реиение уравнения Власова шеет вид:

■ 'W-Te^t if i V7T J

•да f^Ot- - взятая о обратным знаком суша кинетическом

[ потенциальной энергии частица пучка в 5Г' . Причём J= О , >сщ /<С> .,'•'.■.• V • -

Поскольку в соотношениях баланса энергии и импульса фигури-;ут лишь интегральные по.сечению характеристики, они не чувст-(ктвльда к деталям поперечной структура предельного состояния, ¡то позволяет оперирояать "оффективными" ("усреднёнными по сеч-iHm5n} значениями параметров. Прилетом удаётся свести соотношз-ия баланса к такоцу виду, когда эйи содорасат лишь два параме?-a.' tl ( который определяет отношение глубины потенциальной яме юлны к максимальной кинегичесхо:* энергии частиц в 2') и р, , [ одну неизпзстную функцию f> '(j) » В аналогичной форме указание уравнения: решались и ранее в работах В.К.Гришмна, А.А.Коло-генсксго и их коллег» ш в предположении, что гармошческому (. в оыгсоно веком режиме) пол» соответствует гар/даническая же моду-:яцня плотносг.ч, и более того, f>UД. ¿/', A±Co»sl{ В настоящей .иосерта^ш наряду. о рассмотрением конфигураций, соответству»-¡гос некоторым предположениям о форме годуляции, развивается и

—/о —

альтернативный подход, основанный на гипотезе о том, что процесс б^стожновительной эволюции нз приводит к появлению частиц с энергиями ( в , значительно превытающими глубину потенциальной ямы волны - фиксируется значение параметра d .

В § 2.2 исследуются равновесные состояния "волна - захваченный пучок" в комптоновскол! рекиме. Конкретше расчёты сделаны для цилиндрического волновода с однородным £-заполнением и пучка постоянной по речению плотности В этом случае, считая что максимальная энергия порядка глубины потенциальной ямы, тем самым полагаем, что d, и мала доля проскальзывающих относительно волны частиц. Использование уравнений законов сохранения, в которых с учётом выражения для конкретизирован явный вид

функционала Wb - W¿(j>(V>р) , позволяет при этом выявить ограничение на вид функций f'C^. Ею физический смысл сводится к тому, что в предельном состоянии должен иметь место определённый баланс между частью'энергии, затраченной на "нагрев" пучка (V/') и энергией, переданной электромагнитному полю. В частности, "запрещёнными" оказываются кофигурации, в которых амплитуда модуляции мала, либо, напротив, всс частицы сгруппированы в .узкие сгустки, расположенные в максимумах U' •

Анализ показывает, что максимальное отличие величины = =Cfibo~ р) » & значит и КПД, от значения, отвечающего гармонической модуляции вида (к.'- волновое число нелинейной волны в S') , для "разрешённых" конфигураций составляет менее 20 Состояния с модуляцией, близкой к гармонической указанного вида, характеризуются максимальным КПД. Соответствующие значения фазовой скорости (ре) меньше, чем на линейном этапе взаимодействия. Противоположным свойством обладают ( среди "раз,-репенных" ) лишь конфигурации, в которых значительная доля частиц (-2/5) образуег' узкие сгустки в максимумах ' ¿тенциала U' , а остальные распределены равномерно по длине вол:ы.

для получения оценок предельного КПД в комптоновском реки-мз, таким образом, достаточно рассмотреть .-:".г;ь случай, когда ja'= fí t'^Co'i;<')), Соответствующие значения завышены менее , чем на 20 t>.

Сказанное вышз относится к "эффективной" модуляции. Амплитуда модуляции должка в той пли иной степяни повторять поперечную структуру волны и обратиться в нуль на стенках металлического

//волновода. Поэтому реально в предельном состоянии ^меет ь:сстс более жёсткая, чен отвечающая гаруомгаескоа модулях^., груш::1.-, ровка частиц вблизи максимумов II' .

Выявленные ограничения действует и в том случае, когда система возбуждается периодической последовательностью сгустков. При этом либо будет достигнуто предельное с 'Стояние с осциллирующей амплитудой поля» либо поперечная неоднородность поля приведёт к растаскиванию сгустков, фазовому переме^ваксо и установлению квазиравноэосия рассмотренного вида. 3 последнем случае не будет получен ожидаемый выигр^и в предельном КПД.

Кроме того, з 5 2.2 рассмотрены состояния иного типа, которые могли бы реализоваться лишь в очень длинной системе на этапе столкно вит ель ной релаксации. Показано, что соответствующий предельный КПД близок к значению, ' отвечающему моменту бес-столкновительного нелинейного насьтцения.

Характеристики предельного состояния, которое достигается вследствие захвата пучка в случае, когда существенны коллектгн.-т ше пучковые эффекты, исследуются в § 2.3. Если при рассмотрении комптонсвского репма благодаря условию малости отнлоре:шя фазовой скорости волны от значения, определяомогоусуслоппом Че-ренковского резонанса СуЗ—поло волны можно было считать гармоническим при достаточно общ*х предположениях о ферме модуляции пучка, то в данном случае ситуация существенно усложняется. Поэтому исследован лишь случай гармонической модуляции, е предяолояежи, что амплитуда модуляции повторяет попергдп-ую зависимость всзбулдае:.:ой волны. Ото позволило получить конечные результат:.: э виде простых аналитически соотношений.

Рассмотрение проведено на примере простейшей конфнгург.ции, описанной в § 1.1. В ходе самосогласованного анажга поучает подтверждение полученный в 5 1.2 на основе качественных рассуждений критерий, определяющий область значении тока, при ноторкх насыщение обусловлено нелинейным сдвигом частоты. Оказывается , что при токах,удовлетворяющих указанному критерию, разноьеоные состояния "золна - захваченный пучок" запрещены ¿аконачн сохранения. Сравнение с результатам* члелеышх расчётов п.;гг;ляст удовлетворительное совпадение аналитическое: л чиеяенког: оценок тока Т^" , ^ри котором происходив изменение механизма насыщения.

-У2'

В § 2.4 представлена общая определяемая полученными аналитическими соотношениями картина зависимости предельного КПД усиления от величины тока пучка. При малых токах КПД растёт по закону Если fibir'fie ("именно сдучаюД^*.^й системах, ис-пользумцих токи, далекие от 'рекордных значений, соответствует рамановекий режим усиления), то максимальное значение Предельной эффективности достигается при Вблизи этой точки детали зависимости q - q (1ц) определяются соотноиениями §2.3, При больших токах насыщение обусловлено нелинейным сдвигом частоты, и применение метода равновесных нелинейных волн некорректно. Однако использование "подтравленных" линейных соотношений позволяет получить необходимую оценку. Соответствующая зависимость имеет вид: . В точке /^абсолютшй максимум КОД достигается, когда . При атом r¿M, -0.35> Но в случае указанное оптимальное условие выполнимо лишь при Jipe,€-*I . Соответствующий режим характеризовался бы исчезаще малым инкрементом - бесконечно большой длиной насыщения. Поэтому параметры системы необходимо выбирать, исходя из оптимального для конкретной задачи соотношения ЩЦ и длины устройства. ' . . ?

Существенно, что при /йéI* значения КОД, вдчизленнне по соотношениям, отвечающим комптоновскому режику, дают удовлетворительную оценку предельного КПД снизу.

Глава 3 содержит результаты применения развитой схемы анализа к исследованию системы, имеющей прямой экспериментальный; аналог - ЧЛСЭ с планарной геометрией и ленточным пучком - Рис.1, В § 3.1 получено, и исследовано линейное дисперсионное уравнение данной систеш з случае, когда диэлектрик является анизотропным. Найдены выражения для инкремента комптонобйкого режима как в случае резонансного возбуждения, тах.И при наличии некоторой начальной расстройки.

В § ¡3.2 путём оптимизации общего выражения для КПД-, оценены оптимальные по соку пучка значения предельной эффективности ус- , иления. Выведено' соотношение, явликщееся.нелинейным аналогом дисперсионного уравнения и устанавливающее связь.между током пучка, параметрами Еолновода к равновесными са^сгоглаеосанными значениями скорости синхронизованных еолкн и пучка t з иомптонов- ' ском режиме;.

/з -

В § 3.3 исследуются определяемые апш соотношением зависимости предельного КЦД от параметров пучка и полноводней систзмы-- см.. Рис.2. Параметрам экспериментальной пучково-велноводной системнна рисунке соответствует кривая 2. Максимальной достигнутое значение КДЦ Составило 0.2 5*. Значения эффективности , отвечающие предельному рсашгу нелинейного насыщения, выше более чей на порядск. Это позволяет предположить, что в эксперименте не было достигнуто насыщение. Следует ожидать, чте увеличение длины сиотемч в 1.5 - 2 раза: ( длина вкспериментальной системы 28 си ), либо повышение на порядок уровня "затравочного" поля на входе устройства приведёт к десятикратному росту ЩЦ.

Дополнительные резервы повышения предельной эффективности связаны с введением начальной расстройки и с использованием пучков типа трубчатых* Использовение более тонких диэлектрически* покрытий долено обеспечить повышение рабочей частоты. Потери в диэлектрике могут быть снижены за счёт применения тонки* покрытий с большим значением 6 % дополнительный эффект дало бы применение диэлектрических плёнок о анизотропными свойствами.

. . Для конкретных параметров экспериментальной установки значение тока в 100 А соответствует режицу, когда уже существенна коллективное пучковые эффекты. Поэтому полученные оценки КЦД является, как было показано в § 2.4, оценками предельней эффективности сниау.

В заключедеу подводятся общие итоги рассмотрения.

В приложении I содержатся результаты, иллюстрирумцие применение сооткСгаюннй баланса потоков энергии и импульса для описания даухкомпонентного электронно-ионного потока, генерируемого при кнжекции электронгого пучка в волновод.

В приложении 2 обосновывается применение бесстолкновитель-ного приближения для описания состояний нелинейного насыщения,

3 приложении 3 выводится уравнение для ^~компонента электрического поля волга в предельном состоянии.

"ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЕШЮДЬ! РАЮТИ:

I. Обоснована и развита схема модельных исследований, позволяющая по заданному.профилю модуляции пучка в предельном состоянии определить такие самосогласованные характеристики, как равновесное значение скорости синхронизованных волны и пучка, эффективную "температуру" захваченного пучка, уровень амплитуды поля, отве«ащий моменту зах)ата и т.д.

2. Ясследоэатгс особенности нелинейного насыщения, обусловленного захватом пучка,в условиях одночаетичного вынужденного о^пекта Чзренкоза. Показано, что закона сохранения в этом случае нйстко пжиструят параметры предельного состояния? "разрешены" лилъ конфигурации, для которых имеет ь;есто определённый баланс мсяду энергией, переданной поли, и энергией, затраченной на "нагрев" пучка.

3. Получены соотношения, определяющие самосогласованже па-ргллетрн состояний "волна - захваченный пучок" в случае, когда существенны коллективные пучковые эффекты. Получена аналитическая оценка верхней границы диапазона токов, в котором насыщение связано с захватом пучка; вне этого диапазона законы сохранения запрещают реализацию равновесных состоял::;': "волка- захваченный пучок".

4. Получена оценка максимального по току предельного КГЦ! усиления модельной система тгаа ЧЛСЗ, Указанное значение достигается вблизи границы диапазонов тока, а которых действуют различные механизма насыщения.

. 5. Исследованы предельные возможности ЧЛСЗ с планарной геометрией , имеющего прямой.'Экспериментальный аналог. Показано, что систола ::;.:еет значительные резервы по повышении КПД. До. стикзние нелинейного насыщения соответствует повышению 'эффективности на порядок и при реальных значениях инкремента усиления воз»,'окно, например, в результате увеличения длины системы в 1.5-2 раза.

Основные результаты диссертации отра&ени в следующих публикациях:

1. Грх'глн В.К,, Ленский И.5. Ионный пучок, генерируемый пои ин-

РглН в вакуумную камеру. - Вест. Моск. Ун-та, Физика. Астрономия, сер.З, 1928, т.гЭ.ГО, стр.34-86

2. 1>::;..:;н В,К., Лснсклй ЯЛ. Предельная ^ф.,)о:стивность черепковского л^лора I» езободннч электроьах. - УIX Всесоюзный оимпо-ои.-Ь сь^лсточноГ: олок7ро;ыт:е: Тезисы докл. - Томск: ИСЭ СО ;я СССР. иеа. - 4.1. тар.262-264.

3. '--/•'¿''/л •/Я, ¿.¿/ вкц Т.Е Нкк-йсн'к. СегсрМог гги £€ее1ъоп.

аЬ рол Тп/гагтс/ ШйтхСе.уИх Ы^'м/л^е.)

I/ Веалл'33: Рис. Ш Ы. Со»{. Щк - Рсъы РалЬ^ В*о.>*И1 КслСцчиЬ., 4-2,193*.-Каъёы-ии. 192!,-О. -

4. Грстган В,.К., Ленский И.О. Нелинейный сильнсточгмй ЧЛСЗ коллективный режим ; Депонировашая рукопись Х- 1023-В90,21.02.90-М. :ВИНИТИ,Т990 - 29с.

5. Гршпин БД., Ленский ¡1.0. Нелинейное насыщение взаимодействия волна - замагниченный пучок б диэлектрическом волноводе оптимизация комптонсвского режима в черепковском ЯСЭ . - Вост. Моск. Ун-га, сер.З. Физика.Астрономия, 1990, т.31, № 3,

стр. 96-98.

Чб-

металлическая пластина

в" пучок

е пучок

Диэлектрическая плёнка (:олщина У)

2222222г222Э~_г |

—£а 1__

. ^Z^ZZZZZZZZZZ2^ZZZZZZZZX I—металлическая поверхность волновода

Рис.1 Схематическое изображение ЧЛСЭ с Планерной геометрией

1,2--8-0.01см> х^ъ

3-в----£-0.00250»,

7----Ъ=Я№5ем,£а=2.

АО бо ао т. г^л)

Рио-2 Зависимость предельного КПД от то пучка.

( и-О.С5см, г = ОМ см )» - расстрой-

ка от черенковокого резонанса.