Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Диссертация посвящена разработке нелинейной теории многомодових процессов, развивающихся в замапшчегашх пучково-плазменных а диэлектрических волноводах. Данная работа представляет собой существенное развитие теории нелинейных неравновесных процессов в плазменных волноводах с плотными релятивистски/и электрон зми пучками.
Существующая на сегодняшний день нелинейная теория пучково-шіазі.'віших излучающих устройств имеет огршоїченную область применения, когда плотность плвзмы близка к критической п многомодовые явления не сущоствегаш. Именно в таком рогпме и работает релятивистский плазменный СВЧ генератор, созданный в лаборатории плазменной электроники отдела физики плазіяі ИОФ РАН в 1982 г» В настоящее время в этой ке лабораторші ведутся работы по реализации релятивистского плазменного СВЧ усилителя, причем работа экспериментальной установки планируется для значений плотностей плазмы, существенно превыпащих критическую, когда струтуру еолноводного поля нельзя считать фиксированной. Таким образом, емэпщиося в настоящее время экспериментальные возможности стимулируют развитие теоретических представлений в область высоких значений плотности плазмы по сравнении с критической. Поэтому представляется восьма актуальной задачей создание нелинейной теорш. усиления элоктромагпитнюс волн з пучково-плазметрп системах в условиях, когда продольная (а сгасло форти волнового пакета) и пспорэтаая структуры Еслпосодншс полай не является фиксированными.
Целями диссертационной работы являлись
исследование процессов усиления мояохроыатическга электромагнитных волн в поперечно-однородных и неоднородаш плазмошшх волноводах с релятивистскими плотными электронными пучквмі в условиях нефиксированной структуры поперечного поля;
построение нелинейной теории усиления номонохроматических электромагнитных волн плотными релятивистскими электронными пучк&\ы в волноводах с поперечно-однородным и неоднородным плазменный заполнением, когда продольная структура волноводяого поля не является фиксированной;
разработка нелинейной теории усиления электромагнитных еолн плотными пучками электронов в диэлвктрико-плазконшх и даэлектричеасих волноводах в условиях нефиксированной структури поперечного поля;
изучение ряда многоходовых явлений в приложении к задачей рассеяния электромагнитных волн но плотных электронных пучках;
применение общей теории усиления электромагнитных волн в волноводах с тонкими трубчатыми пучком и плазмой для анализа в расчета конкретной экспериментальной установка.
Научная новизна результатов диссертационной работы.
В работе впервые:
- разработана линейная теория усиления электромагнитных волн в плазменных волноводах с однородным поперечным заполнением при учете возбуждения высших поперечных мод для произвольных значений токов (плотностей) электронного пучка.
\,}'^сдэдоеон нолянэ&шй рэази усшзния Е волноводах с одаородиои
плазменным заполнением и тонким релятивистским пучком электронов; выявлена область значений параметров, при которых электромагнитныя волна имеет фиксированную поперечную структуру поля; в области ультрарелятивистских значений энергии электронного пучка получены аналитические репения задачи об усилении электромагнитной волны в волноводах с поперечно-однородной плазмой для нефиксированной поперечной структуры СВЧ поля.
исследован линейный и нелинейный режимы усиления пирокополосного электромагнитного сигнала в волноводе с поперечно-однородной плазмой и тонким пучком релятивистских электронов; решена гранично-начальная задача об усилении квазимонохроыатического волнового импульса в пучково-плазменной системе -
- рассмотрена линейная теория усиления электромагнитных волн в
волноводах с поперечно-неоднородной плазмой и тонким пучком большой
плотности.
-" в общем виде разработана нелинейная теорія усиления поверхностных плазменных и пучковых ВОЛН В ВОЛН0Е9ДУПИХ гастемах; проведен подробный анализ конкретной геометрии - для золноподов с тонкими трубчатыми пучком и плазмой и определены области гсиленпя электромагнитных волн в таких системах; методами численного юделирования расчитаны основные характеристики усилителя с юперечно-неоднородным пучково-плазменным заполнением; разработана шалитическал нелинейная теория усиления монохроматических волн в юлноводах с топкими пучком и плазмой.
развита теория усиления пирЬкополосннх электромагнитных ягналов а волноводах с тонкими трубчатыми пучком и плазмой.
исследован линейный и нелинейный регзмы усиления как анохрелтичоскх, так и немопохрсматкчоских волі в волноводах с
диэлектркко-плазмошшм заполнекиеи при учете нефиксированной структуры СВЧ поля.
- рассмотрен ряд многоволновых процессов в приложении к задачам рассеяния электромагнитных волн на плотных электронных пучках.
Научная и практическая ценность.
В работе теоретически обоснована возможность реализации плазменных п диэлвктрико-плазмогошх усилительных устройств с достаточно высокой выходной мощностью электромагнитного излучешія и регулируемой шириной спектра усиливаемого сигнала. Последнее дает основшше предположить дальнейшее развитие экспериментальных исследований в этой области.
Основные результаты диссертации могут быть использованы:
1. В плазменной релятивистской СВЧ электронике при созданш
сильноточных плазменных усилителей и других новых перспективных
источников мощного электромагнитного излучения, работандих при
плотностях плазмы существенно превышающих критическую.
2. В вакуумной СВЧ электронике для создания усилительных устройств с
диэлектрическими заькэдляпцима системами; при постановке новых
экспериментов по ' усилению электромагнитных волн в
диэлектрико-плазмешшх волноводах.
-
При разработке лазеров на свободных электронах (Приложение) в других перспективных источников мощного коротковолнового излучения, основанных на рассеянии электромагнитных волн релятивистскими электронными пучками.
-
В^фуада;лоптвльных нсог.едозышях п обхсстн теорш неравновесно-нелинейной плазмы.
Вклад автора.
В работах, результаты которых выносятся на защиту п выполненных коллективно, автором внесен опеределяпций вклад в постановку задач, выбор методов исследовшшя, теоретический анализ и интерпретацию результатов.
Реализация результатов работы.
Полученные в диссертации результаты в настоящее ь^мя применяются в лабоатории плазменной электроники, руководимой докт. фаз.-мат. наук П.С. Стрелковым, отдела физики плазш ИОФ РАН.
Кроме этого, результаты диссертации могут быть использованы в МГУ им.М.В.Ломоносова, ФИ РАН, ИПФ (Нижний Новгород).
Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в' ведущих научных аурналах( 16 статей ).
Материалы, возедзие в диссертацию докладывались на Г7 Всесоюзной конференции "Взаимодействие электромагнитных излучений с плазмой" (Таакент, 1986г.); VI Всесоюзном семинаре "Высокочастотная релятивистская электроника" (Свердловск, 1989г.); Всесоюзной конференции по физике плазмы и управляемого термоядерного синтеза (Звенигород, 1991г.); Всероссийской школе-семинаре "Физика в применение микроволн" (Ыгу, 1993г.).
Материалы диссертации' докладывались и обсуздались -такзе на научных се:яшарах в МГУ, ИОФ РАН, Тульским госпэдинституто.
