Обложка Кузелев М.В., Рухадзе А.А. Электродинамика плотных электронных пучков в плазме
Id: 226933
1694 руб.

Электродинамика плотных электронных пучков в плазме. Изд. 2, сущ. доп.

URSS. 2018. 440 с. ISBN 978-5-9710-4505-2.
Белая офсетная бумага

Аннотация

Рассмотрены электромагнитные свойства плотных электронных пучков применительно к проблемам транспортировки энергии, их релаксации в плазме, усиления и генерации электромагнитного излучения в плазменной и вакуумной СВЧ-электронике. Изложены линейные и нелинейные аспекты взаимодействия пучков с электромагнитными волнами в плазме, волноводах, ондуляторах. Построена теория плазменных генераторов электромагнитного излучения на... (Подробнее)


Оглавление
Предисловие к первому изданию3
Глава I. Механизмы вынужденного излучения электронных пучков5
§ 1. Спонтанное излучение5
§ 2. Одночастичные вынужденные процессы8
§ 3. Коллективные вынужденные процессы12
§ 4. Аномальный и нормальный эффекты Доплера16
§ 5. Вынужденное циклотронное излучение20
§ 6. Механизмы нелинейной стабилизации вынужденных процессов22
§ 7. Кинетические эффекты27
Глава II. Линейная теория взаимодействия электронных пучков с пространственно-ограниченной плазмой30
§ 8. Дисперсионное уравнение линейной теории30
§ 9. Одночастичный эффект Черенкова и апериодические неустойчивости в плазме с пучком40
§ 10. Решение граничной задачи и трансформация волн43
§ 11. Поперечно-неоднородные плазменно-пучковые системы и коллективный эффект Черенкова в плазменно-пучковом волноводе46
§ 12. Усиление колебаний в диэлектрическом волноводе с плотным пучком52
Глава III. Нелинейная теория усиления колебаний в плазме с пучком большой плотности59
§ 13. Асимптотические нелинейные уравнения59
§ 14. Численное моделирование нелинейной динамики усиления «косых» волн63
§ 15. Усиление волн в плазме с немоноэнергетическим пучком и эффект ускорения69
§ 16. Плазменный волновод с сильноточным пучком и эффект расслоения пучка77
§ 17. Усиление «косых» волн в диэлектрическом полупространстве83
Глава IV. Нестационарная теория плазменно-пучкового взаимодействия и плазменный СВЧ-генератор86
§ 18. Гранично-начальная задача86
§ 19. Пространственно-временная модуляция сильноточного пучка в плазменном волноводе93
§ 20. Теория плазменного СВЧ-генератора96
§ 21. Плазменный генератор на кабельной волне101
Глава V. Трехволновые процессы в плазменном волноводе с тонким электронным пучком109
§ 22. Классификация трехволновых процессов в плазменно-пучковом волноводе109
§ 23. Нелинейные уравнения трехволнового взаимодействия114
§ 24. Разложение по степеням поля — линейное приближение и квадратичная нелинейность120
§ 25. Нелинейная динамика трехволнового взаимодействия125
§ 26. Разложение по степеням поля — кубичная нелинейность130
§ 27. Уравнения многоволновых взаимодействий134
§ 28. Релятивистские трехволновые уравнения138
Глава VI. Нелинейная теория излучательных неустойчивостей прямолинейных электронных пучков144
§ 29. Механизмы стабилизации неустойчивостей прямолинейных пучков144
§ 30. Резонансная неустойчивость Бунемана152
§ 31. Метод разложения по траекториям в теории коллективного эффекта Черенкова нерелятивистских электронных пучков157
§ 32. Метод разложения по импульсам в теории коллективного эффекта Черенкова релятивистских пучков166
§ 33. Волны плотности заряда сильноточных пучков171
§ 34. Функция распределения и уширение спектров излучения в режиме коллективного эффекта Черенкова180
Глава VII. Вынужденное излучение прямолинейных пучков в периодических структурах185
§ 35. Излучение в периодических волноводах185
§ 36. Излучение в электростатическом ондуляторе. Электростатический лазер на свободных электронах191
§ 37. Эффективность СВЧ-излучателей на прямолинейных электронных пучках199
Глава VIII. Излучение пучками в конечном магнитном поле204
§ 38. Излучение спиральных волн в режиме аномального эффекта Доплера и слабая турбулентность204
§ 39. Аномальный эффект Доплера в плотных и релятивистских пучках210
§ 40. Взаимодействие пучковых спиральных волн217
§ 41. Неустойчивость газа релятивистских осцилляторов и эффект отрицательной массы222
§ 42. Теория гиротрона234
Глава IX. Излучение незамагниченных электронных пучков246
§ 43. Нелинейный эффект Черенкова246
§ 44. Вынужденное рассеяние и излучение волн на незамагниченном электронном пучке258
§ 45. Вынужденное излучение в магнитостатическом ондуляторе266
Глава X. Кинетическая теория излучения и поглощения волн при аномальном и нормальном эффектах Доплера274
§ 46. Возбуждение спиральных волн немоноэнергетическим электронным пучком274
§ 47. Излучение и поглощение волн пучком каналированных электронов290
Глава XI. Неизлучательные пучковые неустойчивости296
§ 48. Предельный вакуумный ток296
§ 49. Предельный ток скомпенсированного пучка299
§ 50. Электромагнитная теория неустойчивости Пирса304
§ 51. Нелинейная динамика неустойчивости Пирса308
§ 52. Резонансная неустойчивость Бунемана в неодномерном пространстве дрейфа. Электромагнитная теория312
Глава XII. Равновесные конфигурации электронных пучков в магнитном поле324
§53. Уравнение баланса радиальных сил324
§ 54. Нерелятивистское недиамагнитное равновесие326
§ 55. Равновесие релятивистского электронного пучка329
§ 56. Учет диамагнетизма пучка и релятивизма вращательного движения332
Глава XIII. Неустойчивости электронных пучков в конечном внешнем магнитном поле342
§ 57. Общее уравнение линейной теории электростатических колебаний цилиндрического столба радиально неоднородной заряженной плазмы342
§ 58. Электрон-электронные двухпотоковые неустойчивости347
§ 59. Электрон-ионные двухпотоковые неустойчивости351
§ 60. Неустойчивости пучка с неоднородным поперечным профилем продольной скорости slipping-неустойчивости355
§ 61. Неустойчивость пучка с неоднородным поперечным профилем плотности — диокотронная неустойчивость363
Глава XIV. Квантовая теория черенковских пучковых неустойчивостей в плазме367
§ 62. Черенковское излучение продольных ленгмюровских волн. Квантовая нерелятивистская теория367
§ 63. Черенковское излучение продольных ленгмюровских волн в релятивистском случае386
§ 64. Черенковское излучение поперечных электромагнитных волн392
Дополнение400
Список литературы429

Предисловие к первому изданию

В последние десятилетия в связи с успехами высоковольтной импульсной техники и техники формирования мощных релятивистских электронных и ионных пучков вновь возродилась и начала бурно развиваться плазменная электроника. В настоящее время плазменная электроника охватывает очень широкий круг как чисто научных, так и прикладных проблем. Прежде всего предметом плазменной электроники является изучение: новых методов получения сильноточных пучков электронов и ионов, плазменных обострителей напряжения, пучкового возбуждения и ионизации газов, пучкового пробоя и плазменно-пучкового разряда, нейтрализации пространственного заряда и тока пучков, устойчивости их транспортировки. Предметом плазменной электроники является также исследование коллективных процессов релаксации пучков заряженных частиц в плазме и нагрева плазмы до высоких, термоядерных температур. Плазменная электроника изучает и коллективные методы ускорения заряженных частиц, и ускорение ионов плазменными и электромагнитными полями, возбуждаемыми плотными электронными пучками.

Особое место в плазменной электронике занимает проблема электромагнитного взаимодействия электронных пучков с плазмой, пучковая неустойчивость и вынужденное излучение пучков в плазме. Эта проблема имеет огромное прикладное значение, поскольку она открывает возможность прямого преобразования направленной энергии электронных пучков в энергию когерентного электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн, начиная от дециметрового диапазона и вплоть до оптического и даже рентгеновского диапазонов. Учитывая огромные мощности импульсных электронных пучков, осваиваемых в плазменной электронике, есть все основания считать, что плазменные сильноточные источники электромагнитного излучения окажутся рекордными по мощности.

В настоящей книге изложены основы электродинамики плотных электронных пучков в плазме. В ней последовательно изучены физические механизмы электромагнитного взаимодействия электронных пучков с плазмой, приводящие к развитию излучательных плазменно-пучковых неустойчивостей. Эти неустойчивости сопровождаются преобразованием энергии электронных пучков в энергию электромагнитного излучения, которая либо релаксирует в плазме, либо излучается из плазмы. Оба этих процесса представляют прикладной интерес либо для нагрева плазмы возбуждаемыми пучком электромагнитными полями, либо для создания мощных источников когерентного электромагнитного излучения. Именно под таким углом зрения изложен основной материал книги. Лишь последняя глава посвящена теории наиболее опасных неизлучательных пучковых неустойчивостей, которые играют важную роль при реализации плазменных усилителей и генераторов электромагнитного излучения на сильноточных электронных пучках.

Значительное место в книге отведено изложению теории вынужденного излучения электронных пучков в системах без плазменного заполнения—диэлектрических волноводах, ондуляторах, системах с внешней электромагнитной накачкой или внешним статическим магнитным полем. Обсуждаются также основы общей теории релаксации электронных пучков, излучающих в электродинамических системах (как плазменных, так и вакуумных) достаточно общего вида.

Естественно, книга не может претендовать на исчерпывающую полноту излагаемого теоретического материала. Такая полнота в настоящее время вряд ли и возможна. Плазменная электроника является сравнительно новой областью физики плазмы, для которой характерно обилие нерешенных, а подчас и не до конца сформулированных проблем. Поэтому мы надеемся, что наша книга окажется полезной физикам, работающим на «переднем крае» плазменной электроники и электродинамики пучков заряженных частиц.


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 250 журнальных статей, 12 книг и монографий. Подготовил 12 кандидатов и 2 докторов наук.
Рухадзе Анри Амвросьевич
Доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН, профессор 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 имени М. В. Ломоносова I степени. Награжден орденом «Знак Почета» и орденом Трудового Красного Знамени, а также медалями «За трудовую доблесть» и «Ветеран труда».

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.


Страницы (пролистать)