Отправить статью по E-mail 
Численное моделирование холодной эмиссии в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией
- Авторы: Белов А.А.1,2, Лоза О.Т.2, Ловецкий К.П.2, Карнилович С.П.2, Севастьянов Л.А.2
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Российский университет дружбы народов
- Выпуск: Том 30, № 3 (2022)
- Страницы: 217-230
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rudn.ru/miph/article/view/32203
- DOI: https://doi.org/10.22363/2658-4670-2022-30-3-217-230
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В связи с появлением и активным развитием новых областей применения мощных и сверхмощных электровакуумных приборов СВЧ возрос интерес к изучению особенностей поведения ансамблей заряженных частиц, движущихся в пространстве взаимодействия. Примером является пучок электронов, формируемый в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией. Численное моделирование эмиссии в таком диоде традиционно проводится с помощью методов типа «частица в ячейке». Они основаны на одновременном расчете уравнений движения частиц и уравнений Максвелла для электромагнитного поля. В данной работе предложен новый вычислительный подход, названный методом точечных макрочастиц. В нем движение частиц описывается уравнениями релятивистской механики, а для полей выписываются явные выражения в квазистатическом приближении. Выполнены расчеты формирования релятивистского электронного пучка в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией и проведено сравнение с известными теоретическими соотношениями для скорости электронов в пучке и для тока пучка. Получено отличное согласование результатов расчета с теоретическими формулами.
Ключевые слова
Об авторах
А. А. Белов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Российский университет дружбы народов
Автор, ответственный за переписку.
Email: aa.belov@physics.msu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0918-9263
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Researcher of Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University; Assistant professor of Department of Applied Probability and Informatics of Peoples’ Friendship University of Russia
Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Москва, 119991, Россия; ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, РоссияО. Т. Лоза
Российский университет дружбы народов
Email: loza-ot@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-4676-6303
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of Institute of Physical Research and Technology
ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, РоссияК. П. Ловецкий
Российский университет дружбы народов
Email: lovetskiy-kp@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-3645-1060
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate professor of Department of Applied Probability and Informatics
ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, РоссияС. П. Карнилович
Российский университет дружбы народов
Email: karnilovich-sp@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0001-5696-1546
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant professor of Institute of Physical Research and Technology
ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, РоссияЛ. А. Севастьянов
Российский университет дружбы народов
Email: sevastianov-la@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-1856-4643
Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of Department of Applied Probability and Informatics
ул. Миклухо-Маклая, д. 6, Москва, 117198, РоссияСписок литературы
- M. V. Kuzelev et al., “Plasma relativistic microwave electronics,” Plasma Physics Reports, vol. 27, no. 8, pp. 669-691, 2001. doi: 10.1134/1.1390539.
- S. P. Bugaev, E. A. Litvinov, G. A. Mesyats, and D. I. Proskurovskii, “Explosive emission of electrons,” Physics Uspekhi, vol. 18, no. 1, pp. 51-61, 1975. doi: 10.3367/UFNr.0115.197501d.0101.
- O. T. Loza and I. E. Ivanov, “Measurements of the transverse electron velocities in high-current microsecond relativistic electron beams in a strong magnetic field,” Technical Physics, vol. 48, no. 9, pp. 1180-1185, 2003. doi: 10.1134/1.1611905.
- D. K. Ul’yanov et al., “Controlling the radiation frequency of a plasma relativistic microwave oscillator during a nanosecond pulse,” Technical Physics, vol. 58, no. 10, pp. 1503-1506, 2013. doi: 10.1134/S1063784213100265.
- S. Y. Belomyttsev, A. A. Grishkov, S. D. Korovin, and V. V. Ryzhov, “The current of an annular electron beam with virtual cathode in a drift tube,” Technical Physics Letters, vol. 29, no. 7, pp. 666-668, 2003. doi: 10.1134/1.1606783.
- S. V. Polyakov, “Mathematical modeling using multiprocessor computing systems of electronic transport processes in vacuum and solid-state micro- and nanostructures [Matematicheskoye modelirovaniye s pomoshchʹyu nogoprotsessornykh vychislitelʹnykh sistem protsessov elektronnogo transporta v vakuumnykh i tverdotelʹnykh mikro- i nanostrukturakh],” in Russian, Diss.. Doctor of Physical and Mathematical Sciences, M. V. Keldysh IAM, RAS, 2010.
- A. A. Vlasov, “The vibrational properties of an electron gas,” Physics Uspekhi, vol. 10, no. 6, pp. 721-733, 1968. doi: 10.3367/UFNr.0093.196711f.0444.
- I. A. Kvasnikov, Thermodynamics and statistical physics. Vol. 3. Theory of nonequilibrium systems [Termodinamika i statisticheskaya fizika, Tom 3, Teoriya ravnovesnykh sistem, Teoriya neravnovesnykh sistem]. Moscow: URSS, 2003, in Russian.
- R. W. Hockney and J. W. Eastwood, Computer simulation using particles. McGraw-Hill Inc., 1981.
- V. P. Tarakanov, User’s Manual for Code KARAT. Va, USA: BRA Inc., 1992.
- L. V. Borodachev, “Discrete modeling of low-frequency processes in plasma [Diskretnoye modelirovaniye nizkochastotnykh protsessov v plazme],” in Russian, Diss.. Doctor of Physical and Mathematical Sciences, M. V. Lomonosov MSU, 2012.
- V. V. Andreev et al., Physical electronics and its modern applications [Fizicheskaya elektronika i yeye sovremennyye prilozheniya]. Moscow: RUDN University, 2008, in Russian.
- S. E. Ernyleva, V. O. Litvin, O. T. Loza, and I. L. Bogdankevich, “Promising source of high-power broadband microwave pulses with radiation frequency variable up to two octaves,” Technical Physics, vol. 59, no. 8, pp. 1228-1232, 2014. doi: 10.1134/S1063784214080106.
- F. Hecht, “New development in FreeFem++,” Journal of numerical mathematics, vol. 20, no. 3-4, pp. 251-266, 2012. doi: 10.1515/jnum2012-0013.
- V. I. Denisov, Introduction to electrodynamics of material media [Vvedeniye v elektrodinamiku materialʹnykh sred]. Moscow: M. V. Lomonosov MSU, 1989, in Russian.
