Программа спецкурса “Физика электронных пучков”

Программа спецкурса “Физика электронных пучков”

5 курс, 523 группа, осенний семестр

лектор – профессор Кузелев М.В.

Часть I. Электронные пучки малой плотности в приближении заданного внешнего электромагнитного поля

1. Движение заряженных частиц в электромагнитных полях. Уравнение движения заряда в электромагнитном поле. Движение в постоянном однородном электрическом поле. Движение в постоянном однородном магнитном поле. Движение в постоянных однородных электрическом и магнитном полях. Движение в медленно меняющемся магнитном поле. Адиабатический инвариант. Дрейфовое приближение. Рассеяние заряженных частиц в кулоновском поле точечного заряда. Релаксация электронного пучка в плазме.

2. Основы электронной оптики. Необходимые сведения из геометрической оптики. Аналогия между движением электрона в электростатическом поле и распространением луча в прозрачной среде. Строгая теория параксиальных аксиально-симметричных электронно-оптических систем. Фокусировка электронных пучков постоянным магнитным полем. Электронный микроскоп.

3. Эмиссия электронов с поверхности проводников. Электроны в проводниках. Термоэлектронная эмиссия. Автоэлектронная эмиссия. Взрывная эмиссия. Другие виды эмиссии.

Часть II. Электронные пучки большой плотности в приближении самосогласованного электромагнитного поля

4. Основные характеристики плотных электронных пучков и методы их теоретического описания. Параметры сильноточных релятивистских электронных пучков, объемный электрический заряд и собственное электромагнитное поле. Кинетическое уравнение с самосогласованным полем. Уравнения многожидкостной гидродинамики. Уравнения электромагнитного поля, материальные уравнения, граничные условия, потенциальное приближение. Движение заряженных частиц в стационарном нескомпенсированном пучке, находящемся во внешнем магнитном поле.

5. Равновесные конфигурации электронных пучков. Уравнение баланса радиальных сил. Нерелятивистское недиамагнитное равновесие. Равновесие релятивистского электронного пучка. Учет диамагнетизма пучка и релятивизма вращательного движения. Пинч Беннета.

6. Предельные токи и динамика электронных пучков в сильном внешнем магнитном поле. Предельный вакуумный ток. Волны плотности заряда в одномерном пучке электронов. Волны плотности заряда электронного пучка в волноводе. Предельный ток скомпенсированного электронного пучка. Линейная теория неустойчивости Пирса. Нелинейная динамика неустойчивости Пирса.

7. Неустойчивости прямолинейных электронных пучков в плазме. Черенковская пучковая неустойчивость. Формальное решение кинетического уравнения Власова. Нелинейные уравнения пучковой неустойчивости в плазме. Нелинейная теория резонансной пучково-плазменной неустойчивости. Нелинейные равновесные состояния замодулированного электронного пучка в плазме. Резонансная пучковая неустойчивость в плазменном волноводе. Неустойчивость плазмы с током. Общая классификация резонансных пучковых неустойчивостей.

8. Неустойчивости электронных пучков в конечном внешнем магнитном поле. Общее уравнение линейной теории электростатических колебаний цилиндрического столба радиально неоднородной заряженной плазмы. Электрон-электронные двухпотоковые неустойчивости. Электрон-ионные двухпотоковые неустойчивости. Неустойчивости пучка с неоднородным профилем продольной скорости slipping-неустойчивость. Неустойчивости пучка с неоднородным профилем плотности – диокотронная неустойчивость. Токово-конвективная неустойчивость.

Часть III. Применение электронных пучков для получения сверхвысочастотного излучения

9. Теоретические основы высокочастотной электроники. Основные уравнения электроники высоких частот. Генераторы попутных волн на коллективном вынужденном эффекте Черенкова. Генераторы встречных волн на коллективном вынужденном эффекте Черенкова. Генераторы попутных волн на одночастичном вынужденном эффекте Черенкова. Генераторы встречных волн на одночастичном вынужденном эффекте Черенкова.

10. СВЧ приборы на релятивистских электронных пучках. Плазменные СВЧ генераторы. Ондуляторное излучение. Лазеры на свободных электронах. СВЧ генераторы на основе периодических волноводов. Мазеры на циклотронном резонансе. Некоторые вопросы нелинейной теории СВЧ генераторов на релятивистских электронных пучках.

Литература:

1. А.Ф. Александров, Л.С. Богданкевич, А.А. Рухадзе. Основы электродинамики плазмы. М.: Высшая школа, 1988, 424 с.

2. М.В. Кузелев, А.А. Рухадзе. Электродинамика плотных электронных пучков в плазме. М.: Наука, 1990, 336 с.

3. М.В. Кузелев, А.А. Рухадзе, П.С. Стрелков. Плазменная релятивистская СВЧ-электроника. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002, 544 с.

4. А.Ф. Александров, М.В. Кузелев. Радиофизика. Физика электронных пучков и основы высокочастотной электроники. М.: КДУ, 2007, 300 с.

5. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теория поля. М.: Наука, 1967, 460 с.

6. Л.А. Арцимович, С.Ю. Лукьянов. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. М.: Наука, 1978, 224 с.

7. Энциклопедия низкотемпературной плазмы, под ред. В.Е. Фортова, в четырех томах. М.: Наука, МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000 г.

8. Н. Кролл, А. Трайвелпис. Основы физики плазмы. М.: Мир, 1975, 525 с.

9. Н.С. Ерохин, М.В. Кузелев, А.А. Рухадзе. Неравновесные и резонансные процессы в плазменной радиофизике. М.: Наука, 1982, 271 с.

10. М.В. Незлин. Динамика пучков в плазме. М., Энергоатомиздат., 1982 г.

11. Р. Девидсон. Теория заряженной плазмы. М., Мир, 1978 г.

12. Дж. Пирс. Электроны, волны и сообщения. М.: Физматлит, 1961, 347 с.

13. А.Н Диденко, В.Н. Григорьев, Ю.П. Усов. Мощные электронные пучки и их применение. М. Атомиздат, 1977, 280 с.

14. А.А. Рухадзе, Л.С. Богданкевич, С.Е. Росинский, В.Г. Рухлин. Физика сильноточных релятивистских электронных пучков. M.: Атомиздат, 1980 г.

15. Г.А. Месяц, Г.Н. Фурсей. Взрывная электронная эмиссия начальных стадий вакуумных разрядов. В кн. «Ненакаливаемые катоды». М.: Энергоатомиздат, 1974 г.

16. А.А. Соколов, И.М. Тернов, В.Ч. Жуковский. Квантовая механика. М.: Наука, 1979 г.

Дата добавления: 2015-11-04