Авторезонансный и пондеромоторный механизмы ускорения заряженных частиц лазерным излучением

• Автор: Степина, Светлана Петровна
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Ускорение электронов в поле лазерного гауссова излучения низшей и первой мод

Задание поля лазерного излучения

Движение электронов в гауссовом пучке низшей

моды

Предварительные оценки

Численное решение

Учет кулоновского поля ускоряемого пучка

Авторезонансное ускорение электронов гауссовым излучением первой моды

Повышение эффективности авторезонансного ускорения электронов в поле лазерного гауссова излучения
Задание поля комбинированного гауссова лазерного излучения
Движение электронов в комбинированном гауссова пучка
Численное решение
Ускорение электронов сфокусированным лазерным излучением в режиме циклотронного авторезонанса
Исходные уравнения
Численное решение

Глава IV Усредненная сила давления мощной ВЧ волны, 79 действующая на релятивистскую заряженную частицу в сильном магнитном поле
§4.1 Исходные уравнения
§4.2 Процедура усреднения
§4.3 Уравнения усредненного движения частицы в первом 86 приближении
§4.4 Усредненное движение частицы во втором приближении
§4.5 Релятивистская пондеромоторная сила в сильном магнитном 91 поле
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Современные источники заряженных частиц высоких энергий -ускорители - являются самыми дорогостоящими физическими установками. Последний пример - Большой Адронный Коллайдер (LHC). Поэтому уже длительное время ведутся поиски новых, альтернативных методов ускорения заряженных частиц, не связанных с чрезмерными энергетическими и финансовыми затратами. Кроме того, создание ускорителей на основе новых эффективных механизмов имеет самостоятельный научный и практический интёрес. Исследование механизмов ускорения частиц важно также для решения разнообразных астрофизических задач. В связи со сказанным, поиск альтернативных методов ускорения заряженных частиц является одним из актуальных направлений современной физики как в чисто научном, так и прикладном отношении. Тематика данной диссертационной работы находится в русле этого направления. Работа посвящена исследованию одного из перспективных новых механизмов лазерного ускорения электронов, основанного на явлении циклотронного авторезонанса.
В настоящее время проводятся исследования различных методов лазерного ускорения, которые, в общем, можно разделить на вакуумные [1-7] и плазменные методы [8-12]. Было показано, что при определенных условиях этими методами можно обеспечить высокий темп ускорения электронов с помощью достаточно компактных устройств. По сравнению с плазменными методами вакуумные методы лазерного ускорения имеют ряд преимуществ (отсутствие плазменных неустойчивостей, достаточно жестких требований на однородность плазмы, эффектов взаимодействия ускоряемых электронов с частицами плазмы и т.п.). Тематика данной диссертационной работы связана с вакуумными методами ускорения. На основе вакуумной схемы ускорения рассматривались простой лазерный у скор тел ь [1], обращенный лазер на

§ 1.5. Учет кулоновского поля ускоряемого пучка
В предыдущих параграфах рассмотрено движение заряженной частицы в заданном ускоряющем поле без учета взаимодействия частиц в пучке. Предполагалось, что каждая частица движется так, как будто других заряженных частиц в пучке не существует. Однако для решения вопросов о предельном токе пучка ускоряемых частиц, о выборе параметров ускорителя, рассчитанного на ускорение пучка с заданной интенсивностью и других вопросов необходимо учитывать взаимодействие заряженных частиц в пучке.
Как следует из проведенных расчетов (рис. 1.4, 1.5), в поперечной плоскости X, У частицы пучка не выходят за пределы ограниченной области, которую, в общем, можно считать площадью эллипса с полуосями гх , гу. Будем рассматривать далее ускоряемые электроны в виде непрерывного пучка с равномерным распределением плотности заряда р по сечению. В каждом сечении пучка ток I сохраняет- постоянное значение:
Здесь учтено, что в рассматриваемом режиме ускорения скорость электронов близка к скорости света. Скалярный потенциал собственного поля пучка в этом случае удовлетворяет уравнению [90]:
I — с р Я ГхГу.
(1.5.1.)
(1.5.2)
где плотность пространственного заряда