Введение
1 Разработка, эффективная программная реализация и применение одномерной самосогласованной математической модели для анализа динамики интенсивных электронных потоков 33
1.1 Введение 33
1.2 Базовая модель. Общие замечания
1.2.1 Система уравнений Максвелла и Власова 37
1.2.2 Метод крупных частиц 38
1.2.3 Процедуры взвешивания крупных частиц и интерполяции полей 41
1.3 Исследуемая модель 44
1.3.1 Уравнения движения крупных частиц 47
1.3.2 Расчёт самосогласованного поля 48
1.3.3 Моделирование ввода и вывода сигнала
1.4 Численный анализ динамики автономной системы с интенсивным электронным потоком в режиме развития неустойчивости Бурсиана 54
1.5 Анализ динамики неавтономной системы с интенсивным электронным потоком в режиме развития неустойчивости Бурсиана 58
1.5.1 Аналитическая модель неавтономного генератора на виртуальном катоде 59
1.5.2 Численный анализ процессов в неавтономном генераторе на виртуальном катоде 65
1.6 Связанные генераторы на виртуальном катоде 73
1.6.1 Цепочка генераторов на ВК 73
1.7 Выводы 79
2 Разработка 2.5-мерной самосогласованной математической модели и её эффективная программная реализация для анализа динамики слаборелятивистских интенсивных электронных потоков 81
2.1 Введение 81
2.2 Модель системы со слаборелятивистским интенсивным электронным потоком. Общие замечания 83
2.3 Основные уравнения 2.5-мерной модели системы со слаборелятивистским интенсивным электронным потоком 88
2.4 Численная реализация 2.5-мерной модели системы со слаборелятивистским интенсивным электронным потоком 93
2.5 Программная реализация 2.5-мерной модели системы со слаборелятивистским интенсивным электронным потоком. Общие замечания 102
2.6 Выводы 111
3 Условия и механизмы развития и динамика неустойчивости Бурсиана в слаборелятивистском электронном потоке вовнешнем стационарном магнитном поле 113
3.1 Введение 113
3.2 Условия и механизмы развития неустойчивости Бурсиана в системе со слаборелятивистским электронным потоком во внешнем однородном магнитном поле 117
3.2.1 Критический ток сплошного цилиндрического слаборелятивистского электронного потока в системе с экранированным от внешнего магнитного поля источником электронов 118
3.2.2 Критический ток кольцевого цилиндрического слаборелятивистского электронного потока в системе с экранированным от внешнего магнитного поля источником электронов 123
3.2.3 Критический ток кольцевого цилиндрического слаборелятивистского электронного потока в системе с неэкра-нированным от внешнего магнитного поля источником электронов 131
3.3 Динамика системы со слаборелятивистским электронным по током во внешнем однородном магнитном поле при развитии неустойчивости Бурсиана 137
3.3.1 Динамика виртуального катода при изменении величины внешнего однородного магнитного поля и тока пучка 138
3.3.2 Анализ физических механизмов смены режимов динамики виртуального катода при изменении величины внешнего однородного магнитного поля и тока пучка 142
3.4 Динамика системы со слаборелятивистским электронным по током во внешнем неоднородном магнитном поле при развитии неустойчивости Бурсиана 153
3.4.1 Оптимизации параметров низковольтного виркатора для достижения максимальной выходной мощности из лучения 154
3.5 Исследование влияния начального разброса электронов по скоростям и углам влёта на сложную динамику и характеристики генерации прибора с виртуальным катодом 162
3.5.1 Влияние начального разброса электронов по скоростям и углам на характеристики выходного излучения 163
3.5.2 Физические процессы, приводящие к подавлению осцил-ляций виртуального катода при увеличении степени начального разброса электронов по скоростям
3.6 Исследование влияния модуляции эмиссии электронного потока на сложную динамику и характеристики генерации прибора с виртуальным катодом 170
3.7 Выводы 178
4 Условия, механизмы и динамика развития и взаимодействия неустойчивостей в интенсивных релятивистских и ультраре лятивистских электронных потоках и их влияние на выходные характеристики релятивистского виркатора 181
4.1 Введение 181
4.2 Модель релятивистского электронного потока в цилиндрической камере дрейфа 184
4.2.1 Анализ развития численных неустойчивостей при моделировании в CST Particle Studio 191
4.3 Условия и динамика развития и взаимодействия неустойчивости Бурсиана и диокотронной неустойчивости в релятивистском электронном потоке 196
4.3.1 Физические механизмы развития неустойчивостей 197
4.3.2 Критические токи релятивистского электронного потока 202
4.3.3 Режимы динамики неустойчивого релятивистского электронного потока 204
4.3.4 Влияние толщины релятивистского электронного потока 211
4.3.5 Влияние конечной проводимости стенок пространства дрейфа 224
4.4 Характеристики генерации релятивистского виркатора. Гене
рация высших гармоник 231
4.4.1 Выходная мощность генерации релятивистского вирка-тора 231
4.4.2 Анализ спектров осцилляций тока в релятивистском виркаторе 234
4.4.3 Особенности динамики релятивистского электронного потока с виртуальным катодом, приводящие к росту частоты генерации системы 237
4.4.4 Характерные режимы генерации релятивистского вир-катора 241
4.5 Выводы 243
5 Исследование моделей высокомощных СВЧ-генератора и усилителя с интенсивными релятивистскими электронными потоками в режимах развития неустойчивости Бурсина и до полнительной внешней обратной связью (виртода-генератора и виртода-усилителя) 245
5.1 Введение 245
5.2 Базовая модель – релятивистский виртод-генератор 247
5.2.1 Импульсный генератор высокомощного СВЧ-излучения — релятивистский виртод-генератор 248
5.2.2 Трёхмерное численное моделирование релятивистского виртода-генератора в CST Particle Studio 254
5.3 Усилитель СВЧ-сигнала, основанный на релятивистском виртоде генераторе 263
5.3.1 Преобразование конструкции релятивистского виртода-генратора для создания виртода-усилителя 265
5.3.2 Результаты численного моделирования процессов усиления в виртоде-усилителе 269
5.4 Выводы 274
Заключение
