Введение к работе
Актуальность исследования.
В настоящее время все больший интерес привлекает исследование коллективных процессов в различных средах. Особое место здесь занимает проблема формирования когерентного излучения сильноточных электронных пучков. Несмотря на большое число работ в этой области, остаются невыясненными многие важные черты процесса взаимодействия электронов как через ближние поля, так и через поле излучения. Ввиду сложности задач в этой области особое значение приобретает метод численного эксперимента.
Численное моделирование процесса взаимодействия электронных пучков с электромагнитным полем важно как с общефизической точки зрения - для понимания нелинейных процессов когерентного излучения электронных пучков - так и с практической - для расчета электронных приборов с необходимыми характеристиками. Дело в том, что различные аналитические модели позволяют лишь рассмотреть линейные стадии развития неустойчивостей различного типа в системе пучок-поле, тогда как большинство характерных режимов усиления или генерации, особенно в сильноточных устройствах, являются нелинейными и с трудом описываются какими-либо асимптотическими теориями. Характерным примером процессов подобного типа является форміфование когерентного излучения сильноточных электронных пучков в открытых электродинамических структурах, рассматриваемых в основном в диссертации. Следует отметить, что
- 2-этот процесс носит существенно нестационарный характер, обладающий достаточно широкой характерной полосой частот, и не описывается, например, различными численными моделями с медленно-меняющимися амплитудами полей. Таким образом, развитие численных моделей типа рассмотренных в диссертации актуально и интересно как с практической, так и общетеоретической точек зрения.
Цель, работы.
Построение численной модели и исследование методами вычислительного эксперимента процессов формирования электромагнитного поля при когерентном излучении прямолинейных электронных пучков в сверхразмерных электродинамических структурах.
Научная новизна.
В диссертации разработан на основе интегральных соотношений новый вариант численной модели, описывающий нестационарные процессы при взаимодействии электронных пучков с электромагнитным полем в злектродннамігческих структурах открытого типа. С помощью этой модели удалось более корректно исследовать процессы формирования резонансного электромагнитного поля в злектродинамігческих структурах с большими дифракционными потерями, а также рассмотреть когерентное излучение сильноточных прямолинейны?: электронных пучков в сверхразмерных системах. В работе таюке найдены режимы увеличения электронного кпд с прямолинейным пучком
при комбинированном с черенковским взаимодействии на нормальном и аномальном эффекте Доплера.
Практическая ценность.
Результаты работы могут быть использованы как в исследованиях электродинамических свойств открытых систем, так и при физическом анализе процесса формирования когерентного излучения сильноточных электронных пучков. Разработанная численная модель может быть применена также в процессе построения приборов черенковского типа со сверхразмернымн электродинамическими структурами.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Численная модель, разработанная дтя решения интегральных уравнений электромагнитного поля в пространственно-временном представленші, позволяет исатедовать нестационарные процессы взаимодействия электронных потоков больших энергий с электродинамическими структурами открытого типа.
-
В поле излучения из открытых электродинамических структур существенный вклад могут вносить токи, возбуждаемые на их внешней поверхности.
3. Алгоритм, использующий интегральные уравнения для
запаздывающих потенциалов электромагнитного поля, позволяет
получить устойчивый метод вычисления излучения из открытых
электродшгамических структур.
-
В сильноточных черепковских генераторах переходное когерентное излучение в приколлекторной области может приводить к образованию обратного потока электронов.
-
Использование режимов динамического резонанса на нормальном и аномальном эффекте Доплера позволяет существенно увеличить КПД генераторов черенковского и дифракционного типа.
Апробапия работы.
Основные результаты работы были представлены на:
Всесоюзном научном семинаре "Математическое
моделирование и применение явлений дифракции" (Москва,
МГУ, 24-25 мая 1990 г.)
X Всесоюзном семинаре "Волновые и колебательные явления
в электронных приборах О-типа" (Ленинград, 38-30 ноября
1990 г.)
I, II и III Всесоюзных школах-семинарах "Физика и
применение микроволн" (Москва, 1991, 1993, 1995 гг)
IV Всесоюзной школе-семинаре "Волновые явления в
нелинейных средах" (Москва, 1994 г.)
International Simposium "Physics and Engineering of Millimeter
and Submillimeter Waves" June 7-10, 1994, Kharkov, Ukraine.
IEEE International Conference on Plasma Science. 5-8 June 1995,
Madison, Wisconsin, USA.
Всероссийском Семинаре по физике микроволн (Нижний
Новгород, 1996 г.).
- 5 -По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ [1-13].
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии из 80 наименований. Диссертация содержит 162 страницы и 86 рисунков.