Физические процессы при формировании и транспортировке криволинейных электронных пучков в мощных мазерах на циклотронном резонансе

• Автор: Мануилов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 309 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Влияние собственного кулоновского ноля пучка на скоростное распределение в адиабатических системах
1.1. Методика траєкторного анализа в статической моноскоростной модели пучка. Расчет поля объемного заряда
1.2. Влияние поля объемного заряда на параметры ВЭП различной топологии. Моноскоростная модель
1.3. Релятивистские эффекты в винтовых электронных пучках
1.4. Влияние начальных скоростей на параметры интенсивных ВЭП.
Учег отраженных от магнитной пробки электронов в рамках статической модели с начальными скоростями
1.5. Двухлучевые ЭОС
1.6. Электронно-оптическая система коаксиального гиротрона с выходной мощностью 1.5 МВт на частоте 140 ГГц
2. Численное моделирование процессов установления в интенсивных винтовых пучках гиротронов
2.1. Теоретическая модель и алгоритм расчета
2.2. Результаты нестационарного анализа при отсутствии отраженных электронов
2.3. Динамика образования электронного облака при наличии отраженных электронов в ВЭП
2.4. Энергетические распределения в ВЭП
2.5. Распределение осцилляторных скоростей и доля вращательной энергии в пучке
2.6. Бомбардировка катода отраженными от магнитного зеркала электронами
2.7. Спектры колебаний потенциала в ВЭП
3. Синтез аксиально-симметричных систем формирования квазиламинарных винтовых пучков
3.1. Поток Драйдена в однородном и слабо неоднородном магнитных полях
3.2. Алгоритм решения внешней задачи синтеза для аксиально-симметричных систем
3.3. Результаты синтеза ЭОС в режимах температурного ограничения эмиссии и ограничения тока пространственным зарядом
3.4. Методика проектирования синтезированных ЭОС
3.5. Траекторный анализ синтезированных систем
3.6. Экспериментальные исследования электронно-оптических характеристик синтезированных систем в режиме ограничения тока пространственным зарядом
3.7. Экспериментальное исследование 83-ГГц гиротрона
с синтезированной ЭОС, работающей в режиме ограничения тока пространственным зарядом
4. Транспортировка электронных пучков в коллекторных системах МЦР
4.1. Траекторный анализ коллекторных систем
4.2. Неадиабатические эффекты в традиционных коллекторных системах гиротронов
4.3. Коллекторы с локальной неоднородностью магнитного поля
4.4. Неадиабатические коллекторные системы с увеличенной длиной следа пучка

5. Энергетические спектры и возможности рекуперации энергии электронов в г иротронах на первой и второй гармониках циклотронной частоты
5.1. Модель взаимодействия пучка с электромагнитным полем резонатора
5.2. Энергетические спектры электронов и КПД одноступенчатой рекуперации в мегаваїтном гирогроне на первой гармонике циклотронной частоты
5.3. Эффективность многоступенчатых систем рекуперации в гиротроне на первой гармонике циклотронной частоты
5.4. Энергетические спектры электронов и рекуперация в гиротроне
на второй гармонике циклотронной частоты
5.5. Траекторный анализ одноступенчатой коллекторной системы с экстракцией отраженных электронов
5.6. Сепарация электронов в системе с реверсом магнитного поля
6. Неадиабатические системы формирования криволинейных электронных пучков, работающие в режиме ограничения тока пространственным зарядом
6.1. Методика расчета стационарных электронных пучков в режиме ограничения тока пространственным зарядом
6.2. Скоростные аберрации в пучке, формируемом в диодной пушке с взрывоэмиссионным катодом
6.3. Магнитосопровождаемые пучки с большой компрессией и малыми пульсациями
6.4. Формирование прямолинейного пучка с большой компрессией и малыми пульсациями без жесткого магнитного сопровождения в начале канала транспортировки
6.5. Формирование ВЭП в системах со скачком магнитного поля
6.6. Формирование ВЭП в реверсном магнитном поле
рис. 1.1), о аппроксимируется кольцевыми зарядами С, расположенными на электродах или на малом расстоянии за электродами (фактически в этом случае происходит переход от метода интегральных уравнений к методу вспомогательных источников). В результате потенциал в некоторой точке с координатами гд, 2д аксиально-симметричной системы можно представить в виде

2*ЧГ!г,.г,!. 10Л’, * (|б,
Здесь
* 4<.гй+г1)гЦгА-г1)2 (гл+гу)2+(гЛ г,)2 .Н-™
К(1) - полный эллиптический интеграл первого рода. Если теперь ввести сетку потенциалов с шагами йг и Ьг, покрывающую с некоторым запасом только область пучка [160], то соотношение (1.6) можно использовать для расчета потенциала в узлах этой сетки. Электрическое поле затем рассчитывается, используя значения потенциалов в 9 ближайших к точке наблюдения узлах сетки аналогично тому, как это делается в методе сеток (см. рис. 1.1). После введения вспомогательной сетки потенциалов основным этапом расчета, который полностью определяет полное время анализа, оказывается заполнение сетки, т.е. вычисление потенциалов поверхностных и объемных зарядов в ее узлах. Отметим, что наибольшие трудности возникают при анализе интенсивных протяженных потоков, когда число точечных зарядов, являющихся результатом дискретизации облака объемного заряда пучка, может превысить ЗО4.
Естественный путь оптимизации вычислительного процесса состоит в уменьшении используемого в расчетах числа дискретных зарядов и узлов сетки потенциалов, но без потери точности, т.е. при сохранении возможности учета основных эффектов, определяющих характеристики электронного потока. Резкое уменьшение времени расчета достигается введением дополнительной сетки пространственного заряда с укрупненными шагами ЬгЧь»Ьгч, И7Чь»Ьгч. Очевидно, что точность вычисления потенциала пространственного заряда от удаленной от точки наблюдения части пучка может быть уменьшена без потери точности расчета в целом. Поэтому соотношение (1.6) может быть представлено в виде (см. также рис. 1.1)