ГЕНЕРАЦИЯ ИНТЕНСИВНОЙ МЕДЛЕННОЙ ВОЛНЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ СРЭП В ПЕРИОДИЧЕСКОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

August 7, 2012 by admin Комментировать »

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: sotnikov@kipt.kharkov.ua


Аннотация Теоретически исследуется возбуждение медленной электромагнитной волны сильноточным релятивистским электронным пучком (СРЭП) при его транспортировке во внешнем периодическом магнитном поле. Получены выражения для амплитуды продольного электрического поля, исследована ее зависимость от параметров электронного пучка (глубины пространственной и временной модуляции, периода пространственной модуляции). Анализируется радиальная структура электромагнитного поля медленной волны и возможность ускорения ионов в поле возбужденной медленной волны.

I. Введение

Для создания пространственной модуляции СРЭП в коллективном методе ускорения ионов может использоваться внешнее периодическое постоянное магнитное поле [1]. Последовательность металлических колец с различными магнитными свойствами, помещенными в соленоид, создает периодическое магнитное поле с продольной и поперечной компонентами вектора магнитной индукции [2]. При инжекции пучка в такое поле траектории его частицы становятся пространственно периодически промодулированными. Гофрировка боковой поверхности приводит к периодической пространственной модуляции плотности заряда и плотности тока пучка. В результате такого периодического профилирования пучка возникает продольная компонента электрического поля. Наличие временной модуляции создаст медленную волну, бегущую в направлении пучка. Если частота модуляции во времени является низкой [3], то такую замедленную волну можно использовать для ускорения ионов [1].

II. Основная часть

Рассмотрим металлический цилиндрический волновод радиуса R , вдоль оси z которого распространяется тонкостенный трубчатый СРЭП. Пусть зависимость тока пучка /ь от времени описывается зависимостью

Рис. 1. Радиальная структура продольного электрического поля Fig. 1. Transverse topography of longitudinal electric field

Радиальная структура ускоряющего поля, описываемая функцией G, для различных значений периода пространственной модуляции L приведена на рис.1 (Я? = 2,5, г0 = 1,6 cm; кривые 1 L = 20, 2 jL = 10, 3-jL = 6, 4-jL=4, 5 Z_ = 2,6 Z_ = 1 cm).

III.  Заключение

Оценим величину ускоряющего поля для типичных параметров экспериментальной установки «Агат»[1]: v-z/c = 0,76, L = 4cm. Учитывая рис.1 для амплитуды поля на оси системы получим значение: Ez(kVIcm) « 40ав10{кА). При величине пространственной модуляции а « 0,3 и временной в «0,3, значении среднего тока /0 « 3,8 кА величина градиента ускорения составляет 13,4 kV/ст .

Работа выполнена при частичной поддержке гранта НТЦУ № 1569.

IV. Список литературы

[1 ] Балакирев В. А., Горбань А. М., Магда И. И. и др. Физика плазмы. 1997. Т. 23. № 4. С. 350-354.

[2]    Ткач Ю. В., Файнберг Я. Б., Лемберг Е. А. Письма в ЖЭТФ. 1978. Т. 28. № 9. С. 580-584.

[3]    Марков П. И., Онищенко И. Н„ Сотников Г. В. В кн.: 13-я Международная Крымская конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии". Материалы конференции [Севастополь, 8-12 сентября 2003 г.]. Севастополь: Вебер, 2003.

[4]    Бейтмен Г., Эрдейи А. Высшие трансцендентные функции. Т.2. М.: Наука. 1974,-296с.

GENERATION OF INTENSE SLOW WAVES OF A SPACE CHARGE BY IREB IN PERIODIC MAGNETIC FIELDS

Onishchenko I. N, SotnikovG. V.

NSC “Kharkov Institute of Physics and Technology"

61108 Akademicheskaya, 1, Kharkov, Ukraine Phone: (0572) 356623 E-mail: sotnikov@kipt.kharkov.ua

The abstract The excitation of a slow electromagnetic wave by a high-current relativistic electron beam (IREB) at its transportation in an external periodic magnetic field is theoretically investigated. Expressions for amplitude of a longitudinal electric field are obtained, its dependences on parameters of electron beam (depth spatial and temporal modulation, period of modulation) is investigated. The radial structure of an electromagnetic field of a slow wave and possibility of acceleration of ions in a field of an excited slow wave are parsed.

I.  Introduction

For creation of IREB spatial modulation in a collective method of ion acceleration the external periodic constant magnetic field [1 ] can be used. The sequence of metal rings with the different magnetic properties located in the solenoid, creates a periodic magnetic field with longitudinal and cross components of a vector of magnetic induction [2]. At injection of a beam in such field trajectories of its particles become spatially periodically modulated. Beam surface goffering results in periodic spatial modulation of charge density and current density of a beam. As a result of such periodic profiling of the beam there is a longitudinal component of an electric field. Presence of a temporal modulation will create the slow wave traveling in the beam direction. If the modulating frequency in time is low [3] such slowed wave can be used for acceleration of ions [1 ].

II.  Main part

Let’s consider the metal cylindrical waveguide of radius R , thin-walled tubular IREB is spread along its axis z. Let the dependence of beam current lb of time is described by expression

(1)  , where l0an average current of a beam; ю0 frequency,

8   depth of temporal modulation. A beam surface because of its transportation in a periodic magnetic field modulated under the law (2), where r0 average radius of a beam; k0 = 2nlL, L period, a depth of spatial modulation. At deriving expression for a field excited by such profiled beam we shall start with Maxwell equations. For a longitudinal component of an electric field the equation (2) follows. The quantities p = p(r,z,f) and

jz =jz(r,z,t) space charge and longitudinal current densities are defined with (4). We solved this equation in general case. Taking into account that the velocity of the accelerated ions fulfils to the requirement of phase synchronism V, = vph vph = B>0lk0 « с , the expression (9) for the accelerating field follows from total expression.

The radial structure of accelerating field (function G ) for various spatial periods L is shown on Fig. 1 ( R = 2,5, r0 = 1,6 ;1

–  L = 20, 2 L = 10, 3 L = 6, 4 L = 4, 5-L = 2.6-L = 1 cm).

III.  Conclusion

Let’s estimate the value of accelerating field for typical parameters of experimental set-up “Agate" [1]: v-zlc = 0,76 L = 4cm . Taking into account Fig. 1 for amplitude of field at axis of the system we shall receive: Ez(kV lcm)~ 40as-l0(kA) . At values a«0,3 and s « 0,3 , at

average current l0«3,8 kA the accelerating gradient is 13,4 kV I cm .

The work is supported in part by grant of STCU No 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