Виявлення фізичних особливостей процесів формування та транспортування щільних нерелятивістських потоків електронів з криволінійними траєкторіями в магнітних полях. Розрахунок магнетронних гармат, призначених для формування аксіально-симетричних потоків.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФОРМУВАННЯ ТА ТРАНСПОРТУВАННЯ НЕРЕЛЯТИВІСТСЬКИХ ЕЛЕКТРОННИХ ПОТОКІВ ДЛЯ ПРИЛАДІВ ТА ПРИСТРОЇВ НА МАГНІТОГАЛЬМІВНОМУ ВИПРОМІНЮВАННІРобота виконана в Інституті радіофізики та електроніки ім. Науковий доктор технічних наук, керівник: старший науковий співробітник Єфімов Борис Петрович (Інститут радіофізики та електроніки ім. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор, член кореспондент НАН України Ваврів Дмитро Михайлович (Радіоастрономічний інститут НАН України, м. доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Кушнір Володимир Абрамович (НДК «Прискорювач» Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, м. Захист відбудеться «08_» квітня 2010 р. о 1630 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.157.01 Інституту радіофізики та електроніки ім.Джерелами та підсилювачами електромагнітного випромінювання в міліметровому і субміліметровому діапазонах є прилади, що базуються на використанні індукованого черенковського (лампа зворотної хвилі (ЛЗХ), лампа біжної хвилі (ЛБХ), магнетрон), дифракційного (генератор дифракційного випромінювання, оротрон), індукованого перехідного (клістрони) та індукованого циклотронного (мазер на циклотронному резонансі (МЦР)) випромінювань. У переліку короткохвильових джерел електромагнітного випромінювання особливе місце займає лазер на вільних електронах (ЛВЕ), у якому релятивістські електрони, що пролітають ондулятори, генерують електромагнітне випромінювання з унікальними властивостями, яке зветься ондуляторним. Розробка та побудова джерел звичайно проводиться в три етапи: розрахунок і побудова системи генерації та формування електронного потоку з заданими параметрами (емітер, електронно-оптична і магнітна фокусуюча системи), вибір електродинамічної структури для взаємодії електронних потоків з електромагнітними хвилями та виводу енергії (резонатори, хвилеведучі структури) й оптимізація параметрів розроблених приладів. Метою даної дисертаційної роботи є виявлення фізичних особливостей процесів формування та транспортування щільних нерелятивістських потоків електронів з криволінійними траєкторіями в магнітних полях складної форми, а також встановлення закономірностей руху та випромінювання гвинтових електронних пучків у залежності від параметрів сил просторового заряду та магнітних пасток, що утворюються в місцях згущення силових ліній магнітних полів. Для досягнення цієї мети було розглянуто наступні наукові задачі: · Розробка та побудова для експериментальних досліджень просторово-періодичних магнітних систем зі змінною повздовжньою компонентою магнітного поля, ондуляторної магнітної системи, а також магнітної системи з ділянкою адіабатичного зростаючого магнітного поля.Проведені експериментальні дослідження магнітних полів МПФС, що складені з самарій-кобальтових шайб з послідовним і реверсивним включеннями, показали, що, знаючи розподіл повздовжньої и поперечної компонент магнітного поля кожної шайби, можливо легко розрахувати магнітне поле всієї системи. Отримано аналітичні вирази, що описують рух електрона у такій системі, для двох видів розподілу повздовжньої компоненти магнітного поля: - кусково-лінійний розподіл, що схематично зображено на рис. Складна динаміка поведінки електронів в таких полях гарантує набір вищих гармонік циклотронних частот, на яких зявляється можливість інтенсивного випромінювання у випадку малих магнітних полів і прискорювальних напруг. З отриманої системи рівнянь чисельно методом Рунге-Кутта з автоматичною зміною шагу були розраховані проекції координат руху електрона, проекції його швидкості та прискорення у залежності від параметрів а и е, що характеризують швидкість електрона на вході в ондулятор і співвідношення поперечної и повздовжньої складових магнітного поля. З аналізу отриманих траєкторій випливає, що у разі постійної абсолютної швидкості електрона та з ростом поперечної компоненти магнітного поля , росте просторова амплітуда його руху, а сама форма траєкторії істотно деформується, що трохи нагадує гармонійне коливання.Ця задача полягає у виявленні фізичних особливостей процесів формування та транспортування щільних нерелятивістських потоків електронів з криволінійними траєкторіями в магнітних полях складної форми, а також у встановленні закономірностей руху та випромінювання гвинтових електронних пучків у залежності від параметрів сил просторового заряду та магнітних пасток, що утворюються в місцях згущення силових ліній магнітних полів. Для розвязання поставлених задач проведено розрахунки та створено експериментальні стенди для досліджень руху щільних електронних пучків в магнітних полях з реверсом, у схрещених магнітних полях та у адіабатичних магнітних полях на окремих ділянках; проведено дослідження формування та транспортування гвинтових електронних потоків з різної щільністю просторового заряду в таких магнітних системах.