ВИРТУАЛЬНЫЙ АНОД КАК ИСТОЧНИК НИЗКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

July 20, 2012 by admin Комментировать »

Марков П. И., Онищенко И. Н., Сотников Г. В. Национальный Научный Центр «Харьковский физико-технический институт» 61108, Академическая 1, Харьков, Украина Тел.: (0572) 35-66-23; e-mail: pmarkov@kipt.kharkov.ua

где М — масса, у, — релятивистский фактор, г, — радиус пучка ионов.

Из сравнения выражений (1) и (2) следует, что даже при сравнимых энергиях электронного и ионного пучков ионный предельный ток существенно

меньше электронного,

Рис. 2. Временная динамика электронного (кривая 1) и полного тока (кривая 2) на входе и полного тока на выходе (кривая 3) резонатора; прямая линия (4) показывает предельный ток электронного пучка в вакуумной камере дрейфа

Fig. 2. Time dynamics of the electron (curve 1) and full (curve 2) currents at the input and of the full current at the output (curve 3) of the resonator; the straight line (4) shows a limiting current of an electron beam in the vacuum drift chamber

BA пульсирует во времени, периодически исчезая и появляясь, что приводит к появлению импульсов на кривой входного тока, а также к модуляции выходного электронного тока виркатора (рис. 2). Для ионов водорода частота пульсаций составляет 300 МГц.

Аналогичное описанному выше, было выполнено моделирование при инжекции в камеру дрейфа ионов азота. Качественно картина динамики процессов повторяется. Частота пульсаций токов на входе и выходе камеры дрейфа составляла 100 МГц, т.е уменьшилась приблизительно в пропорции квадратного корня из отношения масс ионов азота и водорода. В отличие от водорода, при инжекции ионов азота на фоне пульсаций ВА возможен также режим периодического появления электронного ВК. Этот процесс существенно медленнее отмеченного выше, поскольку связан со временем пролета ионов через камеру дрейфа. Частота пульсаций электронного ВК примерно в 5 раз ниже частоты пульсаций ионного ВА.

Дальнейшая динамика системы определяется воздействием электронного и ионного потоков. Полный и электронный токи на выходе резонатора осциллируют вокруг равновесного значения, превосходящего предельный электронный ток. Частота этих осцилляций существенно ниже, а амплитуда существенно выше, чем в случае инжекции только электронного пучка.

I.     Заключение

Результаты численного моделирования показали, что нестационарная динамика транспортировки сверхкритического электронного пучка при дополнительной инжекции низкоэнергетического потока ионов развивается по следующему сценарию. В начальный период инжекции в камере дрейфа образуется ВК. Параметры его практически полностью определяются электронным пучком. Инжектируемые ионы ускоряются в потенциальной яме ВК и с течением времени разрушают его. Накопление ионов приводит к образованию в камеру дрейфа ВА, который периодически осциллирует. Частота этих осцилляций низкая: при инжекции ионов водорода она составляет 300 МГц, а для ионов азота — 100 МГц. Колебания ВА приводят к изменению с такой же частотой выходного электронного тока.

Таким образом, исследованный механизм низкочастотной модуляции может быть использован для создания медленной волны в коллективном ускорителе ионов.

Работа выполнена при поддержке гранта УНТЦ № 1569.

II.    Список литературы

[1]   Лымарь А. Г., Хижняк Н. А., Беликов В. В. Коллективное ускорение ионов модулированным высокопервеансным электронным пучком. // ВАНТ. Серия: Физика высоких энергий и атомного ядра. 1973. Вып. 3(5). С. 78-81.

[2]   Балакирев В. А., Горбань А. М., Магда И. И. и др. Коллективное ускорение ионов модулированным сильноточным РЭП. // Физика плазмы. 1997. Т. 23. № 4. С. 350354.

[3]   Богданкевич А. С., Рухадзе А. А. Устойчивость релятивистских электронных пучков и проблема критических токов. // УФН. 1971. Т. 103. № 4. С. 609-640.

[4]   Миллер Р. Б. Введение в физику сильноточных пучков заряженных частиц. Пер. с англ. — М.: Мир. 1984. —

432 с.

[5]   Березин Ю. А., Вшивков В. А. Метод частиц в динамике разреженной плазмы. — Новосибирск: Наука. 1980. —

98 с.

[6]   Марков П. И., Онищенко И. Н., Сотников Г. В. Разработка численного кода для исследования виртуального катода в коллективном ускорителе ионов 12-я Межд. конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2002). Севастополь, 9-13 сент.

2002     г.: Материалы конференции. — Севастополь: «Вебер», 2002. ISBN: 966-7968-12-Х. IEEE Catalog Number:02EX570. — с. 477-478.

VIRTUAL ANODE AS A SOURCE OF LOW-FREQUENCY OSCILLATIONS OF HIGH-CURRENT ELECTRON BEAMS

Markov P. I., Onishchenko I. N, Sotnikov G. V.

‘Kharkiv Institute of Physics and Technology’ National Scientific Centre

1 Akademicheskaya Str., Kharkov, Ukraine, 61108 phone +380 (572) 356623 e-mail: pmarkov @kipt. kharkov.ua

Abstract The research into the transportation of a relativistic electron beam with an above-critical current in the cylindrical drift chamber in the presence of an ion stream is described. The theoretical analysis of the electron-ion formation dynamics is based on a particle-in-cell (PIC) method. It shows that at a joint injection of a supercritical electron beam and a low-energy lowcurrent ion beam in the drift chamber a virtual anode may appear along with an electron virtual cathode. This virtual anode pulsates periodically. Numerical results obtained for hydrogen and nitrogen ions show that the ratio of pulsation frequencies is in inverse proportion to the ion mass ratio. Oscillations of a virtual anode result in a time modulation of electron and ion currents at the same frequency at the drift chamber output.

I.  Introduction

The slow wave of a space charge is necessary for the acceleration of ions in a collective method of acceleration [1]. Such wave can be produced by a space and time modulation of a high-current electron beam. A low-frequency modulation required for the acceleration of ions may be obtained by directing through plasma a high-current electron beam with a current exceeding the limiting vacuum values.

We consider the following mechanism of low-frequency electron beam modulation by ions injected in the drift chamber concurrently with the electron beam. The current of the injected ion beam, like that of the electron one, is restricted by the limit value lci (2). At currents above lci a positive cloud of charges (virtual anode (VA)) reflecting beam ions appears at the drift chamber input. The frequency of VA oscillations is much lower than the virtual cathode (VC) oscillation frequency. At the currents of the injected ion and electron beams approaching their respective limit values (2) and (1), the ratio between the VA oscillation frequency and the VC oscillation frequency me

becomes            ~^m/M . The VA oscillations would cause ion

current oscillations at the drift chamber input. The time-variant charge compensation of the electron beam would result in a low-frequency modulation ofthe electron beam.

II.  Main part

Numerical simulations have shown that the transportation dynamics of a supercritical electron beam at the additional injection of a low-energy ion stream develop as follows (see Fig. 1). At the initial stages of the injection the VC appears in the drift chamber. Its parameters are almost completely determined by the electron beam. The injected ions accelerate in the VC potential well and eventually destroy it. The ion accumulation results in the emergence of a periodically oscillating VA in the drift chamber. The frequency of these oscillations is low, reaching 300MHz at the injection of hydrogen ions and 100MHz for nitrogen ions. The VA oscillations decrease along with the frequency variations ofthe output electron current (see Fig. 2).

III.  Conclusions

The investigated mechanism of the low-frequency modulation may be used to generate slow waves in a collective ion accelerator.

This research has been supported by STCU Grant 1569.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты