При помощи численного моделирования методом частиц в ячейке изучены нелинейные колебания электронного потока с виртуальным катодом в диоде Пирса. Выявлены различные динамические режимы, включая хаотические колебания электронного потока. Получены количественные (корреляционная размерность и максимальный показатель Ляпунова) и качественные (автокорреляционная функция, неустойчивые периодические орбиты) - характеристики хаотических колебаний. Исследованы физические процессы в диоде, показано, что в. потоке наряду с виртуальным катодом может формироваться вторая область, отражающая электроны, - вторичный виртуальный катод. Обнаружено, что один из механизмов возникновения хаотической динамики электронного потока связан с интенсивным нелинейным взаимодействием виртуальных катодов.