Введение к работе
Физика интенсивных релятивистских потоков и пучков заряженных частиц относится к наиболее передовым областям научных исследований Среди различных направлений научных исследований в области импульсной сильноточной физики выделяется техника импульсных интенсивных релятивистских потоков и пучков заряженных частиц с высокой яркостью при ограниченной величине удельной мощности [1]
В процессе развития мощной импульсной техники менялись требования к пучкам заряженных частиц и соответствующим генерирующим и ускоряющим устройствам К настоящему времени достигнут определенный прогресс в области наносекундной импульсной сильноточной электроники, где благодаря использованию катодов с взрывной эмиссией удается получать релятивистский электронный пучок с электрическим током мегаамперного диапазона Множество различных физических явлений, наблюдаемых при воздействии импульсного сильноточного электронного пучка на вещество, может быть увеличено, если использовать практический опыт коммутации электрических токов равных или больше десятка килоампер посредством импульсного электронного коммутатора электрического тока, использующего множество ускоряющих устройств с сильноточными релятивистскими электронными пучками
Возникшие во второй половине 20 века задачи создания управляемого инерциального ядерного синтеза, а таюке задачи зажигания термоядерного микровзрыва сформировали новую область физики и техники - Импульсная Мощность В настоящее время широкое применение в направлении получения импульсной мощности находят включатели и выключатели электрического тока, которые выполняют
функции обострителя фронта импульса мощности и согласующего устройства нагрузки и источника энергии [2-5] при экспериментальных исследованиях получения импульсов нейтронной генерации, рентгеновского и у - излучений
Определенный интерес для физики интенсивных релятивистских пучков заряженных частиц представляет исследование различных решений с высокой яркостью при ограниченной величине удельной мощности в некотором фокусирующем канале [6-13] Отметим также различные решения для интенсивных релятивистских пучков заряженных частиц в фокусирующем канале, с целью получения квазинейтрального пучка с высокой удельной мощностью [14], которые представляют интерес для прикладной физики интенсивных релятивистских пучков заряженных частиц
Целью настоящей работы является исследование задачи расчета ускорительного устройства для инжекции заряженных частиц в магнитный фокусирующий тракт транспортировки, заключающееся в самосогласованном решении уравнений движения потоков и пучков заряженных частиц и уравнений электромагнитного поля с заданными начальными и граничными условиями
Главная особенность в расчете этого ускорительного устройства заключается в необходимости учета влияния собственного магнитного и электрического поля при формировании и фокусировке потоков и пучков заряженных частиц
Для магнитной фокусировки интенсивных релятивистских электронных пучков следует подчеркнуть разные возможности, связанные как с концентрацией пучка электронов в кроссовере пучка, так и с возможностью дальнейшей транспортировки пучка без увеличения площади поперечного сечения Кроме того, разные возможности воз-
никают при использовании внешних магнитных полей или при отсутствии их, когда при фокусировке используются только собственные магнитные поля Многократное рассеяние электронов пучка приводит к увеличению его эмиттанса и, при наличии фокусировки, к увеличению поперечного размера и к уменьшению удельной мощности потока энергии на единицу площади поперечного сечения
В основание диссертации был положено современное состояние и развитие ускорительной техники для источников мощных потоков и пучков заряженных частиц с различными технологическими целями Исследование может быть проведено с целью выяснения возможности использования полученных результатов в создании электронного или ионного ускорителя для генераторов когерентного или некогерентного электромагнитного излучения
Научная новизна работы заключается 1) в получении точного решения для ультрарелятивистского потока заряженных частиц и 2) в статистическом обобщении микроканонического распределения для пучка заряженных частиц
Практическое значение работы заключается в том, что найденные решения могут быть использованы при расчетах и проектировании мощных устройств с целью генерации, ускорения и фокусировки интенсивных потоков и пучков заряженных частиц, применяемых в генераторной и ускорительной технике, например, они использовались при решении самосогласованной задачи о многократном рассеянии электронов на парах мишени
В соответствии с вышесказанными задачами в области физики мощных импульсных потоков и пучков заряженных частиц, теоретически решенными в диссертационной работе, на защиту выносятся следующие положения
Усовершенствована параксиальная модель релятивистского электронного потока, которая позволяет учесть слабое влияние собственного магнитного поля и инерциальных фокусирующих сил в линейном приближении Влияние указанных сил приводит к иной зависимости первеанса от релятивистского фактора в ультрарелятивистской асимптотике, которая пропорциональна обратной степенной зависимости ~ 1/у , к>1, где у - релятивистский фактор
Усовершенствована микроканоническая модель пучка заряженных частиц посредством операции математической свертки с канонической моделью пучка заряженных частиц, с целью учета вириа-ла для дисперсии скоростей заряженных частиц, которая позволяет описать многократное рассеяние пучка заряженных частиц в линейном приближении
Решена самосогласованная задача многократного рассеяния электронного пучка на парах мишени, образуемых при нагреве поверхности мишени электронным пучком, с учетом собственного магнитного поля в параксиальном приближении
Структура диссертации состоит из вводной главы, главы, посвященной формированию релятивистского электронного потока, главы, посвященной фокусировке неламинарного электронного пучка, главы, посвященной выходному каскаду источника мощности для ускорителя ионов, и заключения Диссертация содержит 141 страницу машинописного текста, 20 рисунков и список использованных источников из 130 наименований
