Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)


Образец 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: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2020-28-5-491-504

Опубликована онлайн: 
30.10.2020
Язык публикации: 
русский
УДК: 
537.533.7

Динамика цилиндрических электронных пучков при инжекции в полупространство с идеально проводящей границей

Авторы: 
Шеин Александр Георгиевич, Волгоградский государственный технический университет
Аликов Сергей Александрович, Волгоградский государственный технический университет
Тип статьи для РИНЦ: 
RAR научная статья
Аннотация: 

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.

DOI: 
10.18500/0869-6632-2020-28-5-491-504
Библиографический список: 
  1. Child C.D. Discharge from hot CaO // Phys. Rev. (Series I). 1911. Vol. 32, no. 5. P. 492.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Langmuir I., Blodgett K.B. Currents limited by space charge between coaxial cylinders // Phys. Rev. 1923. Vol. 22, no. 4. P. 347–356.
  5. 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.
  6. Богуславский С.А. // Труды ГЭЭИ. 1924. Вып. 3. С. 18–27.
  7. 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. 
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Рухадзе А.А., Богданкевич Л.С., Росинский С.Е., Рухлин В.Г. Физика сильноточных релятивистских пучков. М.: Атомиздат, 1980. 200 c.
  13. 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.
  14. 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.
  15. Тараканов В.П. Теоретический и численный анализ нелинейных задач физики плазмы посредством кода КАРАТ: дисс. ... доктора физ.-мат. наук. М., 2011. 264 с.
  16. 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.
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 6)