Нелинейные и нестационарные процессы в распределенной системе "Электронный поток с виртуальным катодом во внешнем магнитном поле"

• Автор: Куркин, Семен Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 239 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Аналитические и численные модели электронно-волновых систем со сверхкритическими токами во внешних магнитных полях

1.1 Введение

1.2 Модель пучковой среды с виртуальным катодом. Общие замечания

1.3 Самосогласованная модель слаборелятивистской пучковой системы с виртуальным катодом
1.3.1 Основные уравнения слаборелятивистской пучковой системы с виртуальным катодом

1.3.2 Численная модель слаборелятивистского генератора с виртуальным катодом

1.3.3 Моделирование СВЧ вывода энергии генератора

1.4 Самосогласованная модель релятивистской и ультрареляти-

вистской пучковой системы с виртуальным катодом

1.4.1 Основные уравнения релятивистской и ультрареляти-вистской пучковой системы с виртуальным катодом
1.4.2 Численная модель релятивистского генератора с виртуальным катодом

1.4.3 Вычислительный алгоритм. Общие замечания
1.5 Выводы
2 Механизмы формирования виртуального катода и критические токи нерелятивистских и релятивистских электронных потоков во внешних магнитных полях
2.1 Введение
2.2 Механизмы формирования виртуального катода в системе с экранированным от внешнего магнитного поля источником электронов
2.2.1 Критические токи слаборелятивистского сплошного цилиндрического электронного потока
2.2.2 Критические токи слаборелятивистского трубчатого цилиндрического электронного потока
2.3 Механизмы формирования виртуального катода в системе с неэкранированным от внешнего магнитного поля источником электронов
2.3.1 Критические токи слаборелятивистского трубчатого цилиндрического электронного потока
2.3.2 Критические токи ультрарелятивистского трубчатого электронного потока
2.4 Выводы
3 Нелинейная динамика виртуального катода и образование структур в интенсивном электронном потоке во внешнем однородном магнитном поле
3.1 Введение

3.2 Нелинейная динамика и хаотизация колебаний виртуального катода в трубчатом электронном потоке во внешнем однородном магнитном поле
3.2.1 Нелинейная динамика виртуального катода при изменении величины внешнего однородного магнитного поля и тока пучка
3.2.2 Анализ физических механизмов смены режимов динамики виртуального катода при изменении величины внешнего однородного магнитного поля и тока пучка
3.3 Влияние экранировки источника электронов от внешнего однородного магнитного поля на нелинейную динамику виртуального катода в трубчатом электронном потоке
3.4 Выводы
4 Исследование широкополосной хаотической генерации и оптимизация её параметров в низковольтном виркаторе с магнитной периодической фокусирующей системой
4.1 Введение
4.2 Оптимизация магнитной периодической фокусирующей системы низковольтного виркатора и исследование его нелинейной динамики в отсутствии начального разброса электронов по скоростям и углам влета
4.2.1 Динамика выходного излучения и физические процессы
в низковольтном виркаторе с неоднородным магнитным полем в области формирования виртуального катода

мощью взвешивания частиц на пространственно-временной сетке и используются затем при нахождении электромагнитных полей в расчетной области.
Количество крупных частиц при моделировании определяется минимальным шагом расчетной пространственной сетки: на одну ячейку сетки в области инжекции пучка в систему должна приходиться как минимум одна крупная частица (в некоторых случаях это число увеличивается до 2-3). Шаг пространственной сетки, в свою очередь, определяется условием устойчивости численной схемы, исходя из минимальных временных масштабов моделируемых процессов или, другими словами, максимальной рассматриваемой частотой. Характерные частотные масштабы процессов, происходящих в исследуемых системах, определяются плазменной и циклотронной частотами пучка. Учитывая широкополосный характер излучения виркаторных систем в некоторых режимах, при моделировании необходимо рассматривать частоты, равные 2-3 плазменным или циклотронным. Таким образом, количество крупных частиц определяется плазменной и циклотронной частотами пучка при моделировании. В двумерной модели используется в среднем 30-50 тысяч частиц в каждый момент времени, а в трехмерной - 200-300 тысяч частиц.
Как было отмечено во Введении, при дальнейшем описании модели релятивистского электронного потока с ВК удобно отдельно рассматривать случаи слабого (/30 = щ/с < 0.5) и сильного (/?о = Уо/с > 0.5) релятивизма исследуемой системы.
1.3 Самосогласованная модель слаборелятивистской пучковой системы с виртуальным катодом
В данном разделе обсуждается двумерная аналитическая и численная модель слаборелятивистской пучковой среды с ВК, которая основана на