Для цитирования:
Шеин А. Г., Аликов С. А. Динамика цилиндрических электронных пучков при инжекции в полупространство с идеально проводящей границей // Известия вузов. ПНД. 2020. Т. 28, вып. 5. С. 491-504. DOI: 10.18500/0869-6632-2020-28-5-491-504
Динамика цилиндрических электронных пучков при инжекции в полупространство с идеально проводящей границей
Цель настоящего исследования – изучить динамику пучков и электронных сгустков в системе с идеально проводящей плоскостью и однородным магнитным полем при наличии запаздывания электромагнитных волн и при образовании в системе виртуального катода или при параметрах, близких к этому состоянию. Методы. В работе в рамках численного моделирования изучается динамика цилиндрического электронного пучка, влетающего через идеально проводящую плоскость в сильное продольное магнитное поле. Частицы – крупные. Изучение динамики пучков проводится путём решения уравнений движения методом Рунге–Кутты 4-го порядка. Поле пространственного заряда рассчитывается по соотношениям Лиенара–Вихерта с учётом запаздывания. Влияние плоскости учитывается методом зеркальных изображений. Время и место формирования виртуального катода оценивается по одномерной модели, что определяет шаг интегрирования по времени численной схемы. Результаты. Показано, что при формировании виртуального катода в цилиндрическом пучке, частицы, прошедшие область виртуального катода, испытывают ускорение под действием пространственного заряда, сосредоточенного вблизи проводящей границы. Происходит перераспределение энергии электронов пучка между электронами потока – электроны в хвосте потока ускоряются, электроны вблизи плоскости влёта замедляются. Подобные процессы имеют место и при отсутствии виртуального катода при инжекции в полупространство с магнитным полем короткого электронного импульса. Заключение. С ростом плотности пространственного заряда пучка в системе электроны, влетающие в пространство взаимодействия первыми, ускоряются сильнее, последующие электроны сильнее замедляются. При этом также происходит увеличение расстояния, проходимого пучком. Особенно сильное ускорение наблюдается после области виртуального катода.
- Child C.D. Discharge from hot CaO // Phys. Rev. (Series I). 1911. Vol. 32, no. 5. P. 492.
- Langmuir I. The effect of space charge and residual gases on thermionic currents in high vacuum // Phys. Rev. (Second Series). 1913. Vol. 2, no. 6. P. 450–486.
- Langmuir I. The effect of space charge and initial velocities on the potential distribution and thermionic current between parallel plane electrodes // Phys. Rev. 1923. Vol. 21, no. 4. P. 419–435.
- Langmuir I., Blodgett K.B. Currents limited by space charge between coaxial cylinders // Phys. Rev. 1923. Vol. 22, no. 4. P. 347–356.
- Бурсиан В.Р., Павлов В.И. Об одном частном случае влияния объемного заряда на прохождение потока электронов в пустоте // Журнал русского физ.-хим. общества. 1923. Т. 55. С. 71–80.
- Богуславский С.А. // Труды ГЭЭИ. 1924. Вып. 3. С. 18–27.
- Морозов М.Ю., Храмов А.Е. Влияние внешнего магнитного поля на величину критического тока электронного пучка, при котором формируется виртуальный катод // Физика плазмы. 2007. Т. 33, № 7. C. 610–619.
- Филатов Р.А., Храмов А.Е. Моделирование колебательных процессов в пучково-плазменной системе с виртуальным катодом в газонаполненном пространстве взаимодействия // Физика плазмы. 2011. Т. 37, № 5. С. 429–443.
- Келлин Н.С., Толмачев А.И. Влияние пространственного заряда и начальной скорости электронов на распределение потенциала в плоском диоде // Журнал технической физики. 2012. Т. 82, № 4. С. 86–89.
- Магда И.И., Мележик О.Г., Пащенко А.В., Романов С.С., Шаповал И.Н., Новиков В.Е. Модификация закона Чайльда–Ленгмюра–Богуславского для диодного промежутка в системе с виртуальным катодом // Вопросы атомной науки и техники ВАНТ. 2012. Т. 80, № 4. С. 133–137.
- Куркин С.А., Короновский А.А., Храмов А.Е. Особенности формирования и динамики виртуального катода с учетом собственных магнитных полей релятивистского электронного потока // Физика плазмы. 2013. Т. 39, № 4. С. 333–344.
- Рухадзе А.А., Богданкевич Л.С., Росинский С.Е., Рухлин В.Г. Физика сильноточных релятивистских пучков. М.: Атомиздат, 1980. 200 c.
- Shein A.G., Bakulin V.M., Mutovkin A.N. Computing the space-charge fields of M-type tubes // Journal of Communications Technology and Electronics. 2000. Vol. 45, no. 10. P. 1146–1149.
- Alikov S.A., Shein A.G. Peculiar properties of the electron beam dynamics simulation by particleparticle methods taking into account delay effects // ITM Web of Conferences. 29th International Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’2019) (Sevastopol, Russia, September 8–14, 2019). 2019. Vol. 30. DOI: https://doi.org/10.1051/itmconf/20193009005.
- Тараканов В.П. Теоретический и численный анализ нелинейных задач физики плазмы посредством кода КАРАТ: дисс. ... доктора физ.-мат. наук. М., 2011. 264 с.
- Гинзбург С.Л., Дьяченко В.Ф., Палейчик В.П., Ходатаев К.В. Расчет характеристик излучения генератора на виртуальном катоде // Журнал технической физики. 1999. Т. 69, № 2. С. 87–92.
- 1620 просмотров