Введение к работе
Актуальность проблемы.
известно, что предварительная модуляция электронно-
учка, распространяющегося в плазме, приводит к разви-
плазменно-пучковой неустойчивости преимущественно
:астоте модуляции, так что пучок малой плотности воз
дает в плазме почти монохроматическую волну. Теоре-
їски и экспериментально показано, что взаимодействие
ггронов с этой волной приводит к бунчіїровке пучка на
тдельные сгустки, совершающие сложные колебания
действием поля неустойчивости. Нелинейная теория
о процесса создана, в основном, для одномерной моде
рн наличии сильного внешнего магнитного поля, запре-
іщего поперечное движение электронов пучка и плазмы,
же время, влияние поля неустойчивости электронного
:а в плазме на его радиальную фокусировку или дефо-
ровку почти не исследовано. Этот вопрос особенно ак-
.ен для достаточно тонких электронных пучков (R. <С Л,
диус пучка, А-длина волны), когда развитие неустойчи-,
и приводит к возникновению колебаний, поляризован-
преимущественно в плоскости, поперечной направле-
движения пучка. Кроме того, переход к релятивист-
: пучкам сопровождается преимущественной раскачкой,
речных колебаний из-за появления анизотропии масс
тронов. »
ругим интересным случаем плазменно-пучкового взаи-йствия является проблема транспортировки интенсив-эелятивистских электронных потоков через плазму ма-
лой плотности. Особый интерес представляет процесс нейтрализации пространственного заряда пучка с последую-' щим установлением радиального равновесия системы.
Цель я основные задачи работы,
Основной целью настоящей работы являлось аналитическое и численное исследование нелинейного взаимодействия ограниченного по радиусу пучка заряженных частиц с плазмой. В процессе выполнения работы решены следующие задачи:
-
Проведено численное исследование нелинейного взаимодействия модулированного ограниченного релятивистского электронного и электронно-ионного пучка с плотной магнитоактивной плазмой во всем диапазоне изменения частот модуляции и магнитного поля, соответствующих области неустойчивости. Аналитически и численно проанализировано влияние нелинейной дисперсии плазмы на процесс плазменно-пучкового взаимодействия.
-
Найдены режимы благоприятные для транспортировки предварительно сформированных электронных сгустков в зарядово-нейтральной плазме на большие растояния прак- . тически без потерь частиц.
3. Исследовано двумерное равновесие самофокусиро
ванного электронного пучка, предварительно разбитого на
отдельные сгустки, в нагретой нелинейной плазме.
- 4. Изучен процесс зарядовой нейтрализации сильноточного релятивистского электронного пучка (РЭП) плазмой малой плотности. Учтено влияние электронов и. ионов плазмы и внешнего магнитного поля на процесс транс-
гировки РЭП на больіпие растояния.
Научная новизна.
Впервые найдены решения, описывающие нелинейное амодействие радиально' ограниченного модулированно-ЭЭП с магнитоактивнойплазмой вблизи максимума ин-иента неустойчивости.
Показано, что поведение решения на нелинейной стадии ібилизация неустойчивости, сопровождающаяся разби-ем электронного пучка на сгустки^или необратимая де-усировка пучка) существенно зависит от соотношения еду фазовой скоростью волны и скоростью пучка. . Найдена область параметров системы, оптимальная для нспортировки электронного пучка в плазме с минималь-ш потерями частиц.
Впервые исследовано влияние стрикционной нелинейно-и тепловой дисперсии плазмы на равновесие самосфо-ированного модулированного электронного пучка (по-довательности сгустков)..
Изучена нелинейная динамика образования плазменно-ханала и зарядовой нейтрализации радиально ограно-ногб сильноточного РЭП, инжектируемого в плазму ма-: плотности.
Положения, выносимые на защиту.
L. Проведен анализ нелинейной стадии неустойчивости И малого радиуса в плотной- магяитоактивной плазме їсєй области параметров, соответствующий неустойчи-і решениям. Найден режим, оптимальный для транс-тировки РЭП на большие растояния в плазме, при ко-
тором пучок разбивается на переодическую последовательность сгустков. Учтены эффекты, связанные с нелинейной дисперсией плазмы, предварительной глубокой модуляцией РЭП.
2. Выполнено исследование нелинейной динамики взаимодействия радиально ограниченного релятивистского электронно-ионного пучка с плотной плазмой. Найдены условия, при которых развитие неустойчивости приводит к образованию периодической последовательности чередующихся электронных и ионных сгустков, распространяющиейся в плазме на большие по сравнению с обратным инкрементом растояния без существенных изменений. ' 3. Рассмотрен эффект самофокусировки в нагретой нелинейной плазме предварительно разбитого на отдельные сгустки электронного пучка с «частотой модуляции, меньшей ленгмюровской частоты плазмы. Показано, что учет стрикционной нелинейности плазмы не приводит к срыву самофокусировки, если амплитуда потенциала поля, возбуждаемой пучком волны не превышает пороговое значение, а учет конечной температуры плазмы ведет к расплыванию электронных сгустков.
4. Развита теория зарядовой нейтрализации радиально ограниченного сильноточного РЭП в плазме малой плотности и образования ионного канала. Показано, что развитие электронногионной неустойчивости приводит к разбиению ионного канала на отдельные сгустки. Учтено влияние на процесс поверхностной электро-магнитной моды и внешнего магнитного поля.
Научно-практическая ценность.
Проведенное в диссертации исследование коллективно-> взаимодействия ограниченного РЭП с плазмой содержит вд, новых научных результатов и должно способствовать элее глубокому пониманию физики плазменно-пучковых густойчивостей. Исследование режима инжекции модулированного РЭП плазму указывает на возможность управления процесам радиальной расходимости пучка путем подбора пара-етров в начальный момент инжекции.
Достоверность полученных результатов следует из грогой постановки задач, адекватности используемых мо-елей реальным физическим объектам, применения матема-ячески корректных методов к решению задач, выполнения редельных переходов (аналитических и численных) к из-эстным ранее результатам.
Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на
I Всесоюзной конференции по взаимодействию электро-
агнитных излучений с плазмой (Душанбе, 1991), предста-
пены на XIX конференцию по управляемому термоядерно-
у синтезу и физике плазмы (Инсбрук, 1992) и конференцию
о науке о плазме (Ванкувер, 1993). *
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 ра-от.
Объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, приложе-ня и библиографии, изложена на 134 страницах, включая
35 рисунков, 1 таблицу и список цитируемой литературы из 87 наименований.
