ЕЛЕКТРОННІ ПУЧКИ У ГРАДІЄНТНОМУ МАГНІТНОМУ ПОЛІ: УПРАВЛІННЯ ПЕРЕТВОРЕННЯМ ПОЗДОВЖНЬОГО РУХУ У ПОПЕРЕЧНИЙ

Автор(и)

  • Олександр Мазманішвілі ННЦ ХФТІ, Україна https://orcid.org/0000-0003-0373-0626
  • Микола Решетняк ННЦ ХФТІ, Україна
  • Ганна Сидоренко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-0761-2793

DOI:

https://doi.org/10.20998/2079-0023.2023.01.04

Ключові слова:

електронний пучок, магнетронна гармата, динаміка електронів, перетворення напряму руху, керування, градієнтне магнітне поле, математичне моделювання

Анотація

В роботі розглянуто рух електронів у циліндричному магнітному полі з потенціалом градієнтного вигляду. Отримано, що у вибраному полі вихідний рух електронів уздовж поздовжньої осі перетворюється на радіальний рух. Визначено, що таке перетворення обумовлено впливом соленоїдального магнітного поля з великим поздовжнім градієнтом. Перетворення поздовжнього напрямку руху на поперечне виявилося стійким в діапазоні енергій 20...55 кеВ електронів і в інтервалі 5...50 мм радіальних розмірів пучка частинок. За допомогою програмного засобу вивчено основні залежності руху електронного пучка в заданому соленоїдальному магнітному полі. В даній роботі приведені результати чисельного моделювання траєкторій електронів у градієнтному магнітному полі зі вторинноемісійним катодом кругової форми, розташованим у середині системи. Для вивчення механізму стійкості по відношенню до магнітного поля використано два експериментально реалізовані магнітних поля. На основі цих двох полів чисельно синтезовано масиви додаткових 4 полів. Для сукупності з 6 названих полів чисельно вивчена робота гармати, коли частка відчуває стійке перетворення напрямку руху. Показано, що при заданій енергії електрона та фіксованому магнітному полі параметром, що визначає поворот частинок, є градієнт магнітного поля на межі ділянки вльоту. Отримано, що ефект повороту має місце для розглянутого інтервалу радіальних розмірів пучка, що призводить до фокусування частинок. Показана можливість на основі регулювання поля в цілому керувати вертикальною координатою сфокусованого пучка, тим самим дано інтерпретацію порогової залежності реєстрації електронів на детекторі. Досліджено залежність формування підсумкового розподілу частинок від амплітуди та градієнта магнітного поля вздовж осі системи. Наводяться результати чисельного моделювання руху електронного потоку. На основі моделі руху електронного потоку розглянуто характеристики результуючого електронного пучка. В даній статті показано, що пучок, що має радіальні розміри 5...50 мм, фокусується по вертикалі на ділянку розміром 1 мм.

Біографії авторів

Олександр Мазманішвілі, ННЦ ХФТІ

доктор фізико-математичних наук, професор, старший науковий співробітник ННЦ ХФТІ, м. Харків, Україна

Микола Решетняк, ННЦ ХФТІ

кандидат фiзико-математичних наук, старший науковий співробітник ННЦ ХФТІ, м. Харків; Україна

Ганна Сидоренко, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри системного аналізу та інформаційно-аналітичних технологій НТУ «ХПІ», доцент кафедри моделювання систем і технологій ХНУ ім. В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна

Посилання

Ayzatsky M. I., Dovbnya A. N., Mazmanishvili A. S., Reshetnyak N. G., Romasko V. P., Chertishchev I. A. Studies on formation of the radially-directed electron beam generated by the magnetron gun with the secondary emission cathode. Problems of Atomic Science and Technology. Series “Nuclear Physics Investigations, 2016, issue 66, vol. 3(103), pp. 78–94.

Saveliev Y. M., Sibbet W., Parkes D. M. Self-excitation and characteristics of the crossed-fields emission electron source. Review of Scientific Instruments, 1999, vol. 70, no. 12, pp. 4502–4514.

Ayzatsky N. I., Churyumov G. I., Dovbnya A. N., Zakutin V. V., Reshetnyak N. G., Starchevskiy Y. L. Generation and formation of axially symmetrical tubular electron beam in a cold metal secondary-emission cathode magnetron gun. Part 1. Experiment. IEEE Transaction and electron device, April, 2016, vol. 63, no. 4, pp. 1704–1709.

Miyamoto K. Fundamentals of Plasma Physics and Controlled Fusion. Moscow, Fizmatlit. 2007, 424 p.

Engelko V., Mueller G., Andreev A., Berutchev N., Komarov O., Petuchov A., Tkatchenko K. Pulsed electron beam facilities (GESA) for surface treatment of materials. Proceedings of the 10th International Conference on Applied Charged Particle Accelerators in Medicine and Industry, 2012, pp. 412–417.

Dovbnya A. N., Zakutin V. V., Reshetnyak N. G. etc. Issledovanie formirovaniya puchka v uskoritele electronovs vtorichnoemissionnym istochnikom. [Study of beam formation in an electron accelerator with a secondary emission source]. Visnyk Kharkivs`kogo universytetu, seria fisychna“Yadra, chastynky, polya” [Bulletin of Kharkiv University, physical series "Nucles, particles, fields"], 2006, no. 732, issue. 2(30). 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, vol. 6(124), pp. 106–113.

Mazmanishvili A. S., Reshetnyak N. G., Shovkoplyas O. A. Beam and sector regimes of electron flows in cylindrical magnetic field of the magnetron gun. Journal of Nano- and Electronic Physics, 2020, vol. 12, no. 3, 03001(5cc).

Mazmanishvili A.S., Reshetnyak N.G. Transformation of data array of cylindrical magnetic field of the magnetron gun and problem of the radial motion of electrons. Applied Problems of Mathematical Modeling, 2020, vol. 3, no. 1, pp. 108–116.

Tusikov A. V., Aleksandrov V. S., Shevtsov V. F. Modelirovanie dinaiki puchka v magnitnom pole spiral’no’ katushki. [Simulation of beam dynamics in the magnetic field of a spiral coil]. Pis’ma v EChAYa [The brief of ECAY]. 2006, vol. 3, no. 7 (136), pp. 55–59.

Astrelin V. T., Kandaurov I. V., Sveshnikov V. M. Chislennoe modelirovanie transportirovki i szhatiya elektronogo puchka shodyatshim magnitnym polem pri ego ihzhekcii v mnogoprotochnuyu lovushku GOL-3 [Numerical simulation of the transport and compression of an electron beam by a converging magnetic field during its injection into a GOL-3 multi-mirror trap]. Uspehi prikladnoy fiziki [Advances in Applied Physics], 2013, vol. 1, no. 5, pp. 580–585.

Madelung E. Matematicheskiy apparat fiziki [Mathematical machine of physics]. Moscow, Fizmatgiz, 1961, 620 p.

Mazmanishvili A. S. Reshetnyak N. G., Sydorenko A. Yu., Dynamyka elektronogo puchka formiruemogo magnetronnoy pushkoy s vtorichnoemissionnym katodom, v spadayutschem magnitnom pole solenoida: eksperiment i modelirovanie [Dynamics of an electron beam formed by magnetron gun with the secondary emission cathode in the declining magnetic field of solenoid: experiment and simulation]. Nats. tekhn. un-ta "KhPI": sb. nauch. tr. Temat. vyp.: Sistemnyy analiz, upravlenie i informatsionnye tekhnologii [Bulletin of the National Technical University "KhPI": a collection of scientific papers. Thematic issue: System analysis, management and information technology]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2021, no. 2 (6), pp. 96–100.

Gluhih V. A., Pecherskiy O. P., Engel`ko V. I., Yatsenko B. I. Modifikatsiya poverhnostnyh svoystv materialov s pomotshyu motshnyh impul`snyh ustanovok [Modification of surface properties of materials using high-power pulsed electron beams]. Sb. dokladov Х mezhdunarodnogo sovetshania po primineniju sarjazhennyih chastits v promishlennosti i medicine [Collection of reports of the X International Meeting on the Application of Charged Particle Accelerators in Industry and Medicine] (sity Sankt-Peterburg,

–4 oktober, 2001). Мoscow: TsNIIatominform Publ., 2001, pp. 93–396.

Asaryan N. S., Barengol`ts S. A., Dolya S. N., Mesyats G. A., Perel`shteyn E. A. Modelirovanie formirovaniya electronnogo kol`tsa s ispol`sovaniem pikosekundnyih elektronnyih putchkov v magnitnoy systeme tipa "kasp" [Simulation of the formation of an electron ring using picosecond electron beams in a "cusp" magnetic system]. Gurnal tehnicheskoy fifiziki. [Journal of Technical Physics], 2010, issue. 80, no. 4, pp. 126–134.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-07-15

Як цитувати

Мазманішвілі, О., Решетняк, М., & Сидоренко, Г. (2023). ЕЛЕКТРОННІ ПУЧКИ У ГРАДІЄНТНОМУ МАГНІТНОМУ ПОЛІ: УПРАВЛІННЯ ПЕРЕТВОРЕННЯМ ПОЗДОВЖНЬОГО РУХУ У ПОПЕРЕЧНИЙ. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Системний аналiз, управління та iнформацiйнi технологiї, (1 (9), 27–32. https://doi.org/10.20998/2079-0023.2023.01.04

Номер

№ 1 (9) (2023)

Розділ

УПРАВЛІННЯ В ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМАХ

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).