ПОЗДОВЖНЯ ПАСТКА ЕЛЕКТРОНОГО ПУЧКА В ПОТЕНЦІЙНІЙ ЯМІ МАГНІТНОГО СОЛЕНОЇДАЛЬНОГО ПОЛЯ

Автор(и)

  • Олександр Мазманішвілі Національного наукового центру Харківського фізико-технічного інституту https://orcid.org/0000-0003-0373-0626
  • Микола Решетняк Національного наукового центру Харківського фізико-технічного інституту

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-0023.2021.01.10

Анотація

Розглянуто циліндричний магнітне поле двомодового виду, потенціал якого має мінімум. Об'єктом даної роботи є вивчення параметрів електронного пучка при його русі в соленоїдальному полі з поздовжньою пасткою, утвореної магнітним полем, і побудова обчислювальної моделі руху електронного потоку. Поставлено завдання про стійкість руху електронів в такому соленоїдальному магнітному полі. Вивчено можливість одержання коливальних режимів руху частинок. Отримано, що для коливань частинок з енергією в десятки кілоелектронвольт в потенційної ямі необхідно поле амплітудою в десятки тисяч Ерстед. Для соленоїдального магнітного поля соленоїда вивчено формування пучка електронів з енергією 55 кеВ в поздовжньому і радіальному напрямках при його транспортуванні. Як фізичний об'єкт використана секція магнетронній гармати. Одним з можливих напрямків є комбінація двох узгоджених магнітних систем гармати для створення потенційної ями магнітного поля. Показано, що для обраних умов руху електронів можна зіставити модель тривимірних осциляцій. У роботі на основі гамильтонового формалізму руху електронів в магнітному полі та алгоритму чисельного знаходження розв'язків диференціальних рівнянь динаміки побудовано програмний засіб, що дозволяє отримувати масиви значень траєкторій частинок в обсязі. Використання програмного засобу дало можливість промоделювати основні залежності руху електронного пучка в заданому двомодовому соленоїдальному магнітному полі. Представлені результати чисельного моделювання траєкторій електронів в градієнтному магнітному полі з точковим вторінноемісійним катодом, розташованим в середині системи. Розглянуто формування пучка з енергією 55 кеВ в радіальному і поздовжньому напрямках при його транспортуванні в соленоїдальному магнітному полі з великим градієнтом. Для значних часових інтервалів показана можливість тривимірних коливань і отримані режими роботи магнітної системи, при яких частка відчуває стійкі тривимірні осциляції. Вивчено вплив початкових умов при емісії на виникнення зворотно-коливального ефекту. Показано, що при заданій енергії електрона і фіксованому магнітному полі параметром, що визначає відображення частки, є полярний кут вльоту щодо осі циліндричного магнітного поля. Досліджено залежність формування підсумкового розподілу часток від амплітуди і градієнта магнітного поля уздовж осі системи. Наводяться результати чисельного моделювання по руху електронного потоку. На основі моделі руху електронного потоку розглянуті характеристики результуючого електронного пучка. Отримані результати моделювання показують на можливість в умовах експерименту встановити явище коливально-поворотнього поздовжнього руху.

Ключові слова: електронний пучок, магнетрон гармата, тривимірні коливання, динаміка електронів, градієнтне магнітне поле, математичне моделювання.

Біографії авторів

Олександр Мазманішвілі, Національного наукового центру Харківського фізико-технічного інституту

доктор фізико-математичних наук, професор, старший науковий співробітник Національного наукового центру Харківського фізико-технічного інституту, м. Харків; Україна; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0373-0626; e-mail: mazmanishvili@gmail.com

Микола Решетняк, Національного наукового центру Харківського фізико-технічного інституту

кандидат фiзико-математичних наук, старший науковий співробітник Національного наукового центру Харківського фізико-технічного інституту, м. Харків; Україна; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2345-6789; e-mail: nreshetnyak@kipt.kharkov.ua

Посилання

Ayzatsky M. I., Dovbnya A. N., Mazmanishvili A. S., Reshetnyak N. G., Romas'ko V. P., Chertishchev I. A. Studies on formation of the radially-directed electron beam generated by the magnetron gun with a secondary emission cathode. Problems of Atomic Science and Technology. Series “Nuclear Physics Investigations”. 2016, issue 66, no. 3(103), pp. 11–16.

Dovbnya A.N., Dovbnya N.A., Mazmanishvili A.S., Reshetnyak N.G. Longitudinal-radial motion of an electron beam in the solenoidal field of the secundary-emission magnetron gun. Problems of Atomic Science and Technology, series “Nuclear Physics Investigations”. 2017, issue 69, no. 6 (112), pp. 96–100.

Mazmanishvili A.S., Reshetnyak N.G. Electron beam transversion managemement on exit of magnetic gun by gradient magnetic field. Problems of Atomic Science and Technology, series “Nuclear Physics Investigations”. 2019, issue 72, no. 6 (124), pp. 106–113.

Artsimovich L.A. Upravlyaemye termoyadernye reakcyi [Controlled thermonuclear reactions]. Moscow, Fizmatgiz, 1963. 496 p.

Trubnikov B.A. Teoriya plazmy [Plasma theory]. Moscow, Energoatomizdat, 1996. 462 p.

Miyamoto K. Osnovy fiziki plazmy I upravlyaemogo signala [Fundamentals of Plasma Physics and Controlled Fusion]. Moscow, Fizmatlit, 2007. 424 p.

Mazmanishvili A.S., Reshetnyak N.G., Shovkoplyas O.A. Puchkowyi I sektornyii rezhymy electronnyh potokov v zylindricheskom magnitnom pole magnetronnoy pushki [Beam and sector modes of electron flows in a cylindrical magnetic field of a magnetron gun]. Journal of Nano- and Electronic Physics. 2020, vol. 12, no. 3, 03001 (5cc).

Mazmanishvili A.S., Reshetnyak N.G. Preobrazovanie massiva dannyh cylindricheskogo magnitnogo polya magnetronnoy pushki I zadacha radial’nogo dvizheniya elektronov [Transformation of the data array of the cylindrical magnetic field of the magnetron gun and the problem of the radial motion of electrons]. Applied Problems of Mathematical Modeling. 2020, vol. 3, no. 1, pp. 108–116.

Pirs Jh. P. Тeoriya i raschet elektronnykh potokov [Theory and calculation of electron currents]. Moscow, Sov. Radio, 1956. 254 p.

Alyamovskiy S. V. Elektronnye puchki i elektronnye pushki [Electron beams and electron guns]. Moscow, Sov. Radio, 1966. 454 p.

Vorogushin M. F., Glukhikh V. A., Manukyan G. Sh., Karpov D. A., Svin'in M. P., Ehngel'ko V. I., Yatsenko B. P. Beam and ion-plasma technologies. Problems of atomic science and technology. Series “Physics of radiation effects and radiation materials science”. 2002, no. 3, pp. 101–109.

Hemming R. V. Chyslennyie metody [Numerical methods]. Moskow, Nauka, 1972. 303 p.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-07-12

Номер

Розділ

МАТЕМАТИЧНЕ І КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ