Исследование процессов накопления электронов в адиабатической ловушке МЦР

• Автор: Кривошеев, Павел Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 144 с. : ил

Содержание
Введение.,
Глава 1. Методика моделирования процессов установления в интенсивных винтовых электронных пучках
1.1. Общая схема моделирования динамических процессов в винтовых электронных пучках

1.2. Расчет квазистатического поля пространственного заряда

1.3. Сплайн-аппроксимация скоростного распределения. Расчет

. функций распределения электронов по осцилляторным скоростям и энергетических распределений. ,,
1.4. Фазовые соотношения в винтовых электронных пучках и точность численного моделирования

1.5. Методика расчета спектра высокочастотных (ВЧ) колебаний потенциала

Глава 2. Динамика переходных процессов в винтовых электронных пучках

2.1. Эволюция электронного пучка и анализ характерных временных масштабов в облаке отраженных частиц
2.2. Скоростное распределение в винтовых электронных пучках
2.3. Бомбардировка катода отраженными от магнитного зеркала электронами
Глава 3. Влияние вторичной эмиссии на процесс установления в винтовых электронных пучках,
3.1. Модель вторичной эмиссии
3.2. Результаты численного моделирования систем с различной топологией электронных пучков с учетом вторичной эмиссии
Глава 4. Влияние распределения электрического полив области электростатического зеркала на время жизни и бомбардировку катода отраженными электронами
4.1. Уменьшение зоны бомбардировки и числа захватываемых частиц путем коррекции распределения электрического поля в области электростатического зеркала
4.2. Геометрия и режим работы систем с быстрым перехватом отраженных от магнитного зеркала электронов
4.3. Методы токоперехвата захваченных в адиабатическую ловушку электронов
4.4. Результаты экспериментальных исследований
Заключение
Литература

Введение
1. В источниках когерентных электромагнитных колебаний энергия черпается из активной среды. В мощных электронных приборах СВЧ ее роль играют интенсивные пучки электронов. С точки зрения освоения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн наибольший интерес представляют пучки с криволинейными периодическими траекториями, где энергообмен между электронным потоком и электромагнитным полем возможен в электродинамических системах, не содержащих малых, по сравнению с длиной волны, элементов. Одним из наиболее широко используемых СВЧ генераторов такого типа являются мазеры на циклотронном резонансе (МЦР), принцип действия которых основан на индуцированном излучении ансамбля классических электронных осцилляторов, помещенных в резонансное статическое однородное магнитное поле. В совокупности, такой ансамбль электронов образует так называемый винтовой электронный пучок (ВЭП). Наиболее эффективным вариантом МЦР оказался гиротрон, где используется поливинтовой электронный пучок. Винтовые электронные пучки формируются в аксиально-симметричных статических электрическом и магнитном полях. Наиболее эффективными системами формирования ВЭП гиротронов являются магнетронно-инжекторные пушки (МИП, см.рис.1) [1, 2].
Основной принцип формирования электронного пучка в МИП состоит в первоначальной закрутке электронов на катоде в скрещенных электрическом и магнитном полях и в последующем увеличении вращательной энергии частиц в пучке до требуемой величины в адиабатически нарастающем магнитном поле (рис.1).
Почти сорокалетний период развития теории гиротрона, в том числе -принципов формирования его активной среды в виде винтового пучка, позволил успешно реализовать на практике большие мощности излучения в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

учитывать токи смещения и воспользоваться квазистатической моделью электромагнитного поля.
Отличительной чертой электронных пучков, используемых в большинстве мощных приборов СВЧ с магнитотормозным механизмом излучения, являются большая длина и малое отношение толщины пучка к характерным поперечным размерам системы формирования (см. рис.1 во введении). Поэтому наиболее сложной задачей оказывается расчет поля пространственного заряда пучка. Указанные выше особенности приводят к чрезмерно большим затратам машинного времени и необходимости использования большого числа узлов (104-105 и даже более) при расчете электрического поля методом сеток [44] или конечных элементов [45], поскольку в этих алгоритмах необходимо покрытие сеткой всей расчетной области. Методы интегральных уравнений [46] и вспомогательных зарядов [13] позволяют рассчитать поле только непосредственно в области пучка, однако отличаются существенно более трудоемкой процедурой расчета компонент поля в каждой точке наблюдения. Поэтому наиболее эффективным путем вычисления поля пространственного заряда является комбинация методов, объединяющая положительные стороны метода конечных разностей и методов интегральных уравнений или вспомогательных зарядов. В этом случае экономичным оказывается подход, основанный на введении трех дополнительных сеток - сетки потенциала и двух (мелкой и крупной) сеток пространственного заряда, покрывающих с некоторым запасом только область пучка (см. рис.1.4) [5, 14]. Крупная сетка пространственного заряда позволяет ускорить расчет поля пространственного заряда.
Очевидно, вычисление потенциала пространственного заряда от удаленной от точки наблюдения А части пучка можно производить приближенно. При этом, в целом, точность расчета не меняется. В частности, потенциал от пространственного заряда из зоны С (рис. 1.4) мало отличается от потенциала одного суммарного заряда, расположенного в середине зоны.