Математические модели и исследование транспортировки релятивистских электронных пучков по плазменным каналам

• Автор: Владыко, Владимир Борисович
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 260 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
Глава 1. ПРОБЛЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИИ УСТОЙЧИВОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.1. Распространение РЭП в плотной плазме

1.2. Распространение РЭП в плазме малой плотности.

1.3. Математические модели, используемые для описания взаимодействия релятивистского электронного пучка с предварительно созданным плазменным каналом.
Выводы.
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ИССЛЕДОВАНИЕ РАВНОВЕСНОГ О СОСТОЯНИЯ РЕЛЯТИВИСТСК О ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА, РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ В ПЛАЗМЕ

2.1. Математическая модель распространения пучка в плазме малой плотности.

2.2. Анализ дисперсионного соотношения и устойчивости равновесной конфигурации

Выводы
Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЧИСЛЕННОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОНОВ ПЛАЗМЕННОГО
КА 1АЛА ПРИ ИПЖЕК1 ИИ В НЕГО РЭП
3.1. Аналитическая модель взаимодействия релятивистского электронного пучка с предварительно созданным плазменным каналом.
3.2. Модель и численный алгоритм исследования динамики электронов плазменного канала
3.3. Численное исследование на кинетической модели динамики электронов плазменного канала на фронте релятивистского
электронного пучка.
Выводы.
Глава 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА И ВЛИЯНИЯ НА НИХ ДИНАМИКИ ИОНОВ
4.1. Математическая постановка задачи и численный алгоритм.
4.2. Результаты численного моделирования
Выводы
1 лава 5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭРОЗИИ РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В РЕЖИМЕ ИОННОЙ ФОКУСИРОВКИ
5.1. Математическая модель процесса эрозии РЭП, обусловленной внешней поперечной силой
5.2. Аналитическая модель процесса эрозии РЭП, вызванной внешней поперечной силой
5.3. Результаты численного исследования процесса эрозии РЭП 8 Выводы.
Глава 6. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОЙ АЗИМУТАЛЬНОСИММЕТРИЧНОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА, РАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ПО ИОННОМУ КАНАЛУ.
6.1. Математическая модель азимутальносимметричного взаимодействия электронного пучка с ионами плазмы
6.2. Результаты численного моделирования
Выводы
Глава 7. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ЧИСЛЕННЫЕ АЛГОРИТМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ ПОДАВЛЕНИЯ ИОННОЙ ШЛАНГОВОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ РЕЛЯТИВИСТСКОГО
ЭЛЕКТРОННОГО УЧКА.
7.1. Математическая модель азимутальнонесимметричного взаимодействия электронов пучка с ионами плазмы.
7.2. Результаты численного моделирования.
Выводы.
Глава 8. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГРА II ЮРТИРОВКИ А БОЛЬШИЕ РАССТОЯ1ИЯ РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В РЕЖИМЕ ИОННОЙ ФОКУСИРОВКИ
8.1. Математические модели транспортировки релятивистского электронного пучка на значительные расстояния
8.2. Программа, определяющая основные характеристики гранспортировкм релятивистского электронного пучка
в режиме ионной фокусировки
Выводы.
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Еще работая на экспериментальном ускорителе ЕТА , ими был предложен оригинальный способ подавления поперечных колебаний сильноточного электронного пучка. Этот метод заключался в размещении на оси тракта проводящей проволоки. При инжекции в такой тракт электронного пучка, заземленная проводящая проволока заряжалась положительно и своим радиальным электрическим полем удерживала пучок па оси системы. Однако этот метод был хорош только для коротких участков транспортировки 1 м. Увеличение длины транспортировки привело бы к тому, что заряд не успел бы уйти с проволоки и не появилось бы фокусирующего радиального электрического поля. Заменив проволоку предварительно созданным плазменным каналом, электроны из которого могут уходить не только в продольном, но и в поперечном направлении, задача подавления неустойчивости обрыва импульса была успешно решена. Предложенный метод фокусировки ,, получивший название ионная фокусировка, состоит в следующем. В газе непосредственно перед прохождением пучка лазерным импульсом создается плазменный канал. Погонная плотность плазменного канала должна быть меньше плотности пучка. В этом случае все плазменные электроны будут вытеснены из канала радиальным электрическим полем пучка. Гак как максимальная погонная плотность ионов ограничена только погонной плотностью пучка, жесткость ионной фокусировки возрастает с увеличением тока пучка. При силе тока кА ионная фокусировка смогла обеспечить достаточную жесткость для подавления в ускорителе АТА неустойчивости обрыва импульса. Успехи исследовательской группы из Ливермора оказались настолько многообещающими, что сразу же развернулись работы по применению ионной фокусировки во многих научных центрах США, России, Японии. Практически сразу же появились эксперименты, в которых ионная фокусировка применялась не только для проводки пучка в тракте ускорителя, но и непосредственно при формировании пучка в диоде ,. Несмотря на то что этот метод был предложен еще в г. Это связано с тем. Для исследования требуется применение мощной вычислительной техники, озтому, только после успешных экспериментов на установке АТА были развернуты работы по исследованию транспортировки РЭП в режиме ионной фокусировки. Интенсивные теоретические исследования постоянно подкреплялись успешными результатами экспериментов. На основе этих работ было выдвинуто несколько проектов использования ионной фокусировки. Предлагалось использовать ее в линейных ускорителях дня борьбы с неустойчивостью обрыва импульса . В циклических ускорителях и системах поворота для эффективного управления движением пучка В рамках программы СОИ предлагалось использовать электронные пучки для поражения и селекции целей. Возможность использования электронных пучков в программе СОИ появилась только после демонстрации эффективности ионной фокусировки. Еще в работе использование пучков заряженных частиц для дальней транспортировки в верхних слоях атмосферы отвергалось. Это было связано с тем, что распространению пучка на значительные расстояния препятствует магнитное поле Земли. Так радиус кривизны траектории электрона с энергией 0 МэВ в магнитном поле с индукцией 0,3 Гс составляет км , что явно не достаточно для систем противоракетной обороны. Однако в работе была экспериментально подтверждена гипотеза о возможности проводки электронного пучка поперек магнитного поля с помощью предвари тельно созданног о лазерным импульсом плазменного канала. На основе этих экспериментов и грубого предварительного теоретического анализа в работе сделан вывод о возможности проводки РЭП в верхних слоях атмосферы на дистанцию вплоть до км . Эти результаты следует, рассматривать как предварительные, требующие детальной проверки как на более адекватных теоретических моделях, так и в экспериментах. Необходимо заметить, что исследоваться должны процессы, характерный масштаб которых может составлять сотни километров. Осуществить такие исследования в рамках лаборатории не представляется возможным. Поэтому акцент был сделан на теоретические исследования. Прежде чем перейти к подробной классификации физических процессов.