КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Обложка Кузелев М.В., Рухадзе А.А., Стрелков П.С. Плазменная релятивистская СВЧ-электроника
Id: 235697
 
1499 руб.

Плазменная релятивистская СВЧ-электроника. Изд.2, доп.

URSS. 2018. 624 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-9710-5370-5.

В данном учебном пособии последовательно изложены современные представления бурно развивающейся в настоящее время области физической электроники --- плазменной релятивистской СВЧ-электроники, использующей в качестве источника излучения импульсные сильноточные релятивистские пучки. Рассмотрена общая теория различных механизмов вынужденного излучения релятивистских электронных пучков: черенковского, циклотронного, ондуляторного и при нормальном и аномальном эффектах Доплера. Большинство типов релятивистских источников СВЧ-излучения, генераторов и усилителей, мазеров и лазеров на свободных электронах построено на этих эффектах. Плазменные источники СВЧ-излучения основаны на вынужденном излучении релятивистского электронного пучка в плазменном резонаторе. Именно ему и уделяется основное внимание. Также затрагиваются некоторые вопросы вакуумной релятивистской электроники.

Книга охватывает обширный круг проблем физики плазмы и физики сильноточных электронных пучков. В ней представлены новейшие теоретические и экспериментальные данные по плазменным источникам СВЧ терагерцевого излучения, полученные в лабораториях физических институтов и ядерных научных центров России.

Содержание учебного пособия соответствует курсу лекций, читаемых в МГТУ им. Н. Э. Баумана, МГУ им. М. В. Ломоносова, Харьковском университете им. В. И. Каразина, Нижегородском университете им. Н. И. Лобачевского, а также Санкт-Петербургском, Новосибирском, Киевском, Саратовском и Дагестанском университетах.

Предназначается для студентов старших курсов университетов, аспирантов и научных работников, специализирующихся в области физики плазмы и плазменной электроники.


Оглавление
Предисловие ко второму изданию9
Глава 1. Методы описания плазмы10
1.1. Общие сведения о плазме10
1.2. Кинетическое уравнение с самосогласованным полем. Столкновения частиц в плазме17
1.3. Многожидкостная гидродинамика холодной плазмы23
1.4. Одножидкостная гидродинамика неизотермической плазмы26
1.5. Уравнения электромагнитного поля, материальные уравнения и граничные условия29
Глава 2. Колебания и волны в плазме35
2.1. Линейное приближение и дисперсионное уравнение35
2.2. Электромагнитные волны в неограниченной изотропной плазме40
2.3. Электромагнитные волны в полностью замагниченной неограниченной плазме47
2.4. Ограниченная холодная изотропная плазма. Поверхностные волны51
2.5. Ограниченная холодная анизотропная плазма. Объемно-поверхностные волны59
2.6. Простейшие волны в одномерном потоке плазмы63
2.7. Начальная задача66
2.8. Граничная задача73
Глава 3. Электромагнитные волны в плазменных волноводах79
3.1. Основные уравнения электромагнитных волн в плазменных волноводах79
3.2. Плазменный волновод в бесконечно сильном внешнем магнитном поле86
3.3. Модель бесконечно тонкой полностью замагниченной плазмы99
3.4. Плазменный волновод в отсутствие внешнего магнитного поля104
3.5. Потенциальное приближение114
3.6. Волновод со сплошным плазменным заполнением125
3.7. Численное исследование общего дисперсионного уравнения для спектров электромагнитных волн в плазменном волноводе139
3.8. Плазменные волноводы с произвольной формой поперечного сечения в бесконечно сильном внешнем магнитном поле146
3.9. Колебания плазменного столба с нерезкими границами в волноводе151
3.10. Импульсы и энергии волн в плазменных волноводах161
3.11. Волны пространственного заряда электронного пучка в волноводе166
Глава 4. Неустойчивости прямолинейных электронных пучков в плазме. Линейное приближение172
4.1. Простейшая пучково-плазменная система. Резонансная и апериодическая неустойчивости172
4.2. Неустойчивости в волноводе с однородным пучково-плазменным заполнением182
4.3. Неустойчивости тонкого пучка в однородном плазменном волноводе. Конкуренция поперечных мод195
4.4. Неустойчивости поперечно ограниченных пучка и плазмы в волноводе. Одночастичный и коллективный эффекты Черенкова207
4.5. Теория возмущений по связи волн. Общая линейная теория коллективного эффекта Черенкова в поперечно неоднородной системе219
Глава 5. Пучковые неустойчивости и эффекты вынужденного излучения электронных пучков224
5.1. Спонтанное излучение224
5.2. Одночастичные механизмы вынужденного излучения228
5.3. Коллективные механизмы вынужденного излучения238
5.4. Аномальный и нормальный эффекты Доплера. Волны с отрицательной энергией247
5.5. Вынужденное циклотронное излучение252
5.6. Энергия, передаваемая излучению при пучковых неустойчивостях – элементарные оценки256
Глава 6. Описание нелинейной динамики электронов и запись материальных уравнений в плазменной СВЧ-электронике262
6.1. Задача Коши для кинетического уравнения Власова262
6.2. Решение задачи Коши с использованием первых интегралов – общее рассмотрение264
6.3. Решение задачи Коши методом интегрирования по начальным данным – общее рассмотрение267
6.4. Начальная задача Коши для уравнения Власова271
6.5. Граничная задача Коши для уравнения Власова281
6.6. Математическая формулировка задачи об эволюции начального возмущения в однородной плазме289
6.7. Нелинейные уравнения релятивистского СВЧ-усилителя291
6.8. Фазовая плотность и метод крупных частиц296
Глава 7. Нелинейная теория неустойчивостей прямолинейного электронного пучка в плазме – нерелятивистский случай299
7.1. Нелинейные уравнения взаимодействия поперечно-ограниченных пучка и плазмы в волноводе299
7.2. Процедура линеаризации304
7.3. Нелинейная динамика пучковой неустойчивости при одночастичном эффекте Черенкова. Неполное численное моделирование и метод медленных амплитуд309
7.4. Нелинейная динамика пучковой неустойчивости при коллективном эффекте Черенкова. Метод разложения траекторий316
7.5. Моделирование пучковой неустойчивости в нелинейной плазме. Двухпучковая неустойчивость329
7.6. Нелинейная теория неустойчивости тонкого пучка в однородном плазменном волноводе358
Глава 8. Релятивистская нелинейная теория неустойчивостей прямолинейного электронного пучка в плазме365
8.1. Простейшая пучково-плазменная система с учетом релятивистских эффектов365
8.2. Неустойчивость безграничной пучково-плазменной системы относительно возмущений, распространяющихся под углом к направлению движения релятивистского пучка374
8.3. Асимптотические релятивистские нелинейные уравнения теории пучково-плазменного взаимодействия382
8.4. Метод разложения импульсов. Одночастичный эффект Черенкова и апериодическая неустойчивость типа отрицательной массы в ультрарелятивистском приближении389
8.5. Нелинейная релятивистская теория пучковой неустойчивости при коллективном эффекте Черенкова396
Глава 9. Теория релятивистских плазменных черенковских СВЧ-усилителей400
9.1. Линейная теория плазменного СВЧ-усилителя на поверхностной волне400
9.2. Оценка оптимальной эффективности плазменного СВЧ-усилителя415
9.3. Основные нелинейные уравнения теории черенковских плазменных СВЧ-усилителей418
9.4. Нелинейная теория плазменного СВЧ-усилителя на поверхностной волне. Одночастотный режим424
9.5. Спектры частот плазменного СВЧ-усилителя при немонохроматическом входном сигнале428
Глава 10. Теория плазменных черенковских СВЧ-генераторов432
10.1. Линейная теория плазменного СВЧ-генератора432
10.2. Нелинейная теория релятивистского плазменного СВЧ-генератора436
10.3. Метод медленных амплитуд в теории плазменного СВЧ-генератора441
10.4. Стационарный режим генерации446
Глава 11. Формирование, равновесие и транспортировка мощных релятивистских электронных пучков451
11.1. Формирование РЭП в плоском и цилиндрическом диоде с магнитной изоляцией451
11.2. Предельные токи РЭП, транспортируемых в вакуумных эквипотенциальных дрейфовых пространствах456
11.3. Предельные токи компенсированных по заряду РЭП, определяемые условием устойчивости транспортировки459
11.3.1. Неустойчивость Пирса и предельный ток Пирса460
11.3.2. Неустойчивость Будкера–Бунемана468
11.4. РЭП в конечном магнитном поле470
11.4.1. Тококонвективная неустойчивость нейтрализованного электронного пучка471
11.4.2. Диокотронная неустойчивость ненейтрализованного электронного пучка475
Глава 12. Переходные процессы при инжекции релятивистского электронного пучка в плазменный волновод479
12.1. Инжекция РЭП в пространственно неограниченную плазму479
12.2. Инжекция РЭП в пространственно ограниченную плазму493
12.3. Обсуждение экспериментов по инжекции РЭП в плазму508
Глава 13. Экспериментальные методы релятивистской СВЧ-электроники518
13.1. Формирование электронных пучков518
13.2. Методы создания плазмы527
13.3. Измерение параметров электронных пучков533
13.4. Измерение параметров плазмы540
13.5. Измерение параметров СВЧ-излучения544
Глава 14. Экспериментальная плазменная нерелятивистская СВЧ-электроника550
14.1. Предмет плазменной СВЧ-электроники550
14.2. Плазменная лампа бегущей волны552
14.3. Плазменная лампа обратной волны (ЛОВ)554
14.4. Усилитель на продольных волнах556
14.5. Практическое использование плазменных СВЧ-приборов558
Глава 15. Экспериментальная плазменная релятивистская СВЧ-электроника559
15.1. Плазменный релятивистский СВЧ-генератор559
15.1.1. Схема и основные принципы работы ПРГ560
15.1.2. Результаты исследований ПРГ и сравнение с расчетом564
15.1.3. СВЧ-генератор с микросекундной длительностью импульса571
15.1.4. Перестройка частоты ПРГ в импульсно-периодическом режиме576
15.2. Плазменный релятивистский СВЧ-усилитель. Частоты 9–13 ГГц578
15.2.1. Схема плазменного релятивистского СВЧ-усилителя578
15.2.2. Результаты эксперимента580
15.3. Плазменный релятивистский СВЧ-усилитель микросекундной длительности. Частоты 2.4–3.1 ГГц581
15.4. Сравнение экспериментальных результатов плазменной и вакуумной релятивистских СВЧ-электроник595
Глава 16. Волны в конечных системах597
16.1. Резонатор Фабри–Перо597
16.2. Собственные колебания конечных систем601
16.3. Генераторы волн606
Литература618

Об авторах
Кузелев Михаил Викторович
Доктор физико-математических наук, профессор физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Специалист в области электродинамики нелинейной плазмы, компьютерного моделирования неравновесных процессов в плазмоподобных средах, релятивистской СВЧ-электроники и теории волн в средах с пространственно-временной дисперсией. Разработал теорию вынужденного излучения электронных пучков в пространственно-ограниченной плазме и теорию релятивистских плазменных СВЧ-генераторов. Построил общую нелинейную теорию электромагнитного взаимодействия плотных релятивистских электронных пучков с диспергирующими замедляющими средами. Является одним из создателей нового научного направления — плазменной релятивистской СВЧ-электроники. Читает на кафедре физической электроники физического факультета МГУ лекционные курсы: «Физика электронных пучков», «Дополнительные главы электродинамики сред с дисперсией», «Плазменная СВЧ-электроника», «Теоретическая плазменная электротехника», «Физика волновых явлений». Автор более 200 журнальных статей, 10 книг и монографий. Подготовил 12 кандидатов и 2 докторов наук.
Рухадзе Анри Амвросьевич
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН, профессор кафедры физической электроники физического факультета МГУ. В 1954 г. окончил Московский инженерно-физический институт. Автор 550 научных работ, 57 обзоров и 15 монографий (4 из них переведены за рубежом). Член редколлегий журналов «Прикладная физика» и «Краткие сообщения по физике», главный редактор журнала «Инженерная физика». Заслуженный деятель науки РСФСР. Дважды лауреат Государственных премий СССР, лауреат премии им. М. В. Ломоносова I степени. Награжден орденом «Знак Почета» и орденом Трудового Красного Знамени, а также медалями «За трудовую доблесть» и «Ветеран труда». Почетный доктор Софийского университета им. Климента Охридского (Болгария) и Института теоретической физики им. Н. Н. Боголюбова (Украина). Иностранный член Национальной академии наук Грузии.

В работах А. А. Рухадзе совместно с В. П. Силиным впервые сформулированы общие основы электродинамики плазмоподобных сред с пространственной дисперсией. Крупный вклад он внес в теорию колебаний и устойчивости неравновесной и неоднородной плазмы. А. А. Рухадзе по праву считается создателем релятивистской плазменной СВЧ-электроники и известной в мире школы в этой области науки. Кроме того, им были заложены основы новой области физики газового разряда — физики разряда в излучающей плазме.

Стрелков Павел Сергеевич
Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией «Плазменная электроника» Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН. Руководитель экспериментальных исследований в новом научном направлении — плазменная релятивистская СВЧ-электроника. Основные темы исследований: плазменно-пучковая неустойчивость нерелятивистских электронных пучков; транспортировка импульсных сильноточных электронных пучков в вакууме и в плазме; вакуумный и частично заполненный плазмой гиротроны на сильноточном релятивистском электронном пучке; плазменные процессы на стенках вакуумных релятивистских СВЧ-генераторов; плазменные релятивистские СВЧ-генераторы и усилители; методы диагностики сильноточных релятивистских электронных пучков, плазмы и мощного импульсного СВЧ-излучения. Автор более 100 журнальных статей, соавтор одной книги, подготовил 8 кандидатов наук, один из них стал доктором наук.