1D модель движущегося в плазме сгустка заряженных частиц / 1D Model of Charged Particles Bunch Moving in Plasma

Киричок А.В. / Kirichok, A. V.
Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина / RUS Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина
Куклин В. М. / Kuklin, V. M.
Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина / RUS Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина
Мишин А. В. / Mischin, A. V.
Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина / RUS Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина
Приймак А. В. / Pryjmak, A. V.
Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина / RUS Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, Украина
Выпуск в базе РИНЦ
Киричок А.В., Куклин В. М., Мишин А. В., Приймак А. В. 1D модель движущегося в плазме сгустка заряженных частиц // Физические основы приборостроения. 2013. Т. 2. № 3(8). С. 86–99. DOI: 10.25210/jfop-1303-086099
Kirichok, A. V., Kuklin, V. M., Mischin, A. V., Pryjmak, A. V. 1D Model of Charged Particles Bunch Moving in Plasma // Physical Bases of Instrumentation. 2013. Vol. 2. No. 3(8). P. 86–99. DOI: 10.25210/jfop-1303-086099


Аннотация: Рассмотрены особенности излучения и динамики коротких 1D одиночных моноэнергетических сгустков заряженных частиц, распространяющихся в плазме. Если размер сгустка в направлении его движения превышает несколько длин волн возбуждаемых плазменных колебаний, накопления поля в его объеме не происходит, динамика сгустка определяется развитием двухпотоковой неустойчивости диссипативного типа. В объеме пучка возникает неустойчивость и амплитуда кильватерного поля в определенной области, вне пучка достигает значений вдвое меньших максимально возможной амплитуды излучения очень компактного сгустка с тем же количеством частиц. Предложенное в работе рассмотрение динамики частиц в системе покоя пучка имеет важное преимущество не только из-за экономии вычислительных ресурсов, так как содержит только уравнения, зависящие от времени, а также позволяет не учитывать магнитное поле, созданное током пучка. Кроме того, все возмущения в системе можно считать потенциальными, игнорируя электромагнитные эффекты, что недопустимо при описании динамики движущихся сгустков заряженных частиц в лабораторной системе отсчета.
Abstract: The features of radiation and dynamics of short 1D single monoenergetic bunches of charged particles, which spread in plasma, are considered. There is no field accumulation in the bunch volume and the dynamics of this bunch determined by the evolution of two-stream instability of a dissipative type, if the bunch size in the direction of his movement exceeds the lengths of the induced plasma oscillations by several times. The instability appears in the volume of the bunch and the wake field amplitude reaches the values which are half as much as maximal radiation amplitude of the very compact bunch of same number of particles in a certain area outside the bunch. The review of particles dynamics in a bunch rest frame discussed in this paper has an important advantage not only in computational resources saving, as the review contains only time-dependent equations, but in allowance not to take into account a magnetic field, created by bunch current. Furthermore, all the oscillations can be considered as potential and electromagnetic effects can be ignored, that is unacceptable when describing the dynamics of moving charged particles bunches in the laboratory frame.
Ключевые слова: двухпотоковая неустойчивость, поля кильватерного следа, unches of charged particles, two-streaт insta ility, двухпотоковая неустойчивость


Литература / References
  1. Katsouleas, Т. Physical Mechanisms in the Plasma Wake-Field Accelerator // Phys.Rev.A. 1986. Vol. 33. P. 2056-2064.
  2. Вennet, W.Н. Magnetically SelfFocusing Streams// Phys. Rev. 1934, V.45. P. 890-920; SelfFocusing Streams. // Phys. Rev. 1955. No. 98. P. 1584-1602.
  3. Вudker, G./. Relativistic Stabilized Electron Beam. // Proc. CERN Symp. Of High Energy Accelerators. Geneva. 1956. Vol. 1. P. 68-73; Атомная энергия. 1956. № 3. С. 9-14.
  4. Davidson, R.C. Theory of Nonneutral Plasmas. W.A.Benjamin Inc., Advanced Book Program Reading, Massachusets, 1974. 399 р.
  5. Иванов А. А. Физика сильнонеравновесной плазмы. М.: Атомиздат, 1977. 347 с
  6. Рухадзе А. А., Богданкевич Л. С., Росинский С. Е., Рухлин В. Г. Физика сильноточных релятивистких пучков.М.: Атомиздат, 1980. 167 с
  7. Fain erg, уa.В. Proc. VII Internat. Conference on Accelerators. Erevan. 1969. С. 35-36.
  8. Красовицкий В. Б. Нелинейная радиальная самофокусировка электронного пучка в плазме // Письма в ЖЭТФ, 1969, N9. С. 679-684.
  9. Дорофеенко В. Г., Красовицкий В. Б. Самофокусировка модулированного электронного пучка в плазме // Укр. физ. журнал. 1984. Т. 29. № 3. С. 395-405.
  10. Гладкий А. М., Коваленко В. П., Юсманов П. Н. Свойства плазменных волн, возбуждаемых электронными сгустками // Письма в ЖЭТФ. 1976. № 24. С. 533-542.
  11. Krasovitsky, V.В. Self-Focusing of Relativistic Electron Bunches in a Plasma. Kharkov, Folio, 2000, 196 p.
  12. Батищев О. В., Красовицкий В. Б., Сигов Ю. С. и др. Самофокусировка ленточного РЭП в плотной плазме //Физика плазмы, 1993. Т. 19. С. 738-743.
  13. Вatishchev, Ю.V., Karas’, V./., Sigov уu.S., and Fain erg, уa.В. 2.5 Dimentional Computer Simulation of Relativistic Bunch Propagation in Tenuous and Dence Plasmas // Plasma Physics Reports.1994. Vol. 20. P. 583-586.
  14. Балакирев В. А., Сотников Г. В., Файнберг Я. Б. Модуляция релятивистких элетронных сгустков в плазме // Физика плазмы, 1996. Т. 22. № 2. С. 165-169.
  15. Вalakirev, V.А., Karas’, /.V., Karas’, V./., Levchenko, V.D., and Вornatici, М. Charged Particle (CP) Acceleration by an Intense Wake-Field (WF) Excited in Plasma by Either Laser Pulse (LP) or Relativistic Electron Bunch (REB) // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (3). 2003. № 4. С. 29-32.
  16. Юnishenko, No./., Sotnikov, G.V. Theoretical Studies of the Resonator Concept of Dielectric Wakefield Accelerator// Вопросы атомной науки и техники. Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (3). 2006. № 5. С. 203-207.
  17. Файнберг Я. Б. Ускорение заряженных частиц в плазме. УФН, 1967. Т. 93. С. 617-628.
  18. Файнберг Я. Б. Некоторые вопросы плазменной электроники. Физика плазмы. 1985. Т. 11. вып.11. С. 1398-1410.
  19. Рабинович М. С., Рухадзе А. А. Принципы релятивистской плазменной электроники // Физика плазмы. 1976. Т. 2., Вып.5. С. 715-722.
  20. Шапиро В. Д., Шевченко В. И. Взаимодействие волна-частица в неравновесных средах// Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1976. Т.19. №5-6. С. 787-791.
  21. Гришин В. К., Шапошникова Е. Н. / Устойчивость заряженного пучка малой длительности в плазменном волноводе. // Физика плазмы, 1982. Т. 8. Вып. 2. С. 287-292.
  22. Кондратенко А. Н., Куклин В. М., Репалов Н. С. Эволюция сгустка заряженных частиц в поле собственного излучения // Укр. физ. журнал. 1982. Т. 27. № 8. С. 1159-1164.
  23. Куклин В. М. Одномерные движущиеся сгустки заряженных частиц в плазме //Укр. физ. журнал. 1986. Т. 31. № 6. С. 853-857.
  24. Куклин В. М. Роль поглощения и диссипации энергии в формировании пространственных нелинейных структур в неравновесных средах / УФЖ, Обзоры, 2004. Т. 1. № 1. С. 49-81; О процессах излучения в неравновесных средах // Вестник Харьковского университета. Серия физическая «Ядра, частицы, поля» № 933, вып. 4 (48), 2010.С. 4-27 (см, также www-nuclear. univer.kharkov.ua/lib/933_4 (48) _10_p04-27.pdf).
  25. Абрамович В. У., Шевченко В. И. К нелинейной теории диссипативной пучковой неустойчивости релятивистского пучка в плазме// ЖЭТФ, 1972. Т. 62. Вып.4. С. 1386-1391.
  26. Кондратенко А. Н., Куклин В. М. Основы плазменной электроники. М.: Энергоатомиздат, 1988. 320 с.
  27. Об особенностях излучения движущихся одиночных электроннных сгустков в плазме / Киричок А. В., Куклин В. М., Мишин А. В//ВАНТ, Сер. «Плазменная электроника и новые методы ускорения, 2010. № 4 (68). С. 58-61.
  28. Куклин В. М., Панченко И. П., Хакимов Ф. Х. Многоволновые процессы в плазме. Душанбе, Дониш, 1999. 175 с.
  29. Kuklin, V. М., Мoiseev, S. S., and Рanchenko, /. Р. 3-D Short Beam Dynamics // Moscow. Reprint of Institute of Space Research. No. 1619. 1989. 11 p.
  30. Kuklin V. М., Рanchenko /. Р. Nonlinear Structure Formation in Dissipative Media // Plasma Physics Reports, 1994. 20. No. 9. P. 813-823.
  31. Альтеркоп Б. А., Жексембин С. Р., Рухлин В. Г., Тараканов В. П. Двумерная динамика компенсированного электронного сгустка в плотной плазме // Препринт Ин-та Высоких температур АН СССР. 1986. № 6 (193). С. 35-45.
  32. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Под ред. Арамановича И. Г. М.: Наука, 1974. 832 с.
  33. О процессах излучения в неравновесных средах (обзор) /Куклин В.М // Вiстник ХНУ iм. В.Н.Каразiна. Cер. фiзична «Ядра, частинки, поля». 2010. № 933. Вып. 4 (48). С. 4-27.
  34. Балакирев В. А., Карбушев Н. И., Островский А. О., Ткач Ю. В. Теория черенковских усилителей и генераторов на релятивистских пучках. Киев: Наукова думка, 1993. 208 с.