О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом
Предложен новый способ коллективного ускорения ионов в пространственно-периодическом виртуальном катоде, в котором синхронизм движения ускоряющей волны и ионного сгустка обеспечивается самим ионным сгустком. Проведено численное моделирование способа....
Gespeichert in:
| Datum: | 2004 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80451 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом / А.Г. Лымарь // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 4. — С. 110-112. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-80451 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-804512015-04-19T03:02:45Z О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом Лымарь, А.Г. Новые методы ускорения заряженных частиц Предложен новый способ коллективного ускорения ионов в пространственно-периодическом виртуальном катоде, в котором синхронизм движения ускоряющей волны и ионного сгустка обеспечивается самим ионным сгустком. Проведено численное моделирование способа. Запропоновано новий спосіб колективного прискорення іонів у просторово-періодичному віртуальному катоді, у якому синхронізм руху хвилі, що прискорює, і іонного згустку забезпечується самим іонним згустком. Проведено чисельне моделювання способу. The new method of collective ion acceleration in the spatial - periodic virtual cathode, in which synchronism of an accelerating wave and an ion bunch provided by an ion bunch itself, is offered. The numerical modeling of the method is carried out. 2004 Article О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом / А.Г. Лымарь // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 4. — С. 110-112. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80451 533.9 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Новые методы ускорения заряженных частиц Новые методы ускорения заряженных частиц |
| spellingShingle |
Новые методы ускорения заряженных частиц Новые методы ускорения заряженных частиц Лымарь, А.Г. О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Предложен новый способ коллективного ускорения ионов в пространственно-периодическом виртуальном катоде, в котором синхронизм движения ускоряющей волны и ионного сгустка обеспечивается самим
ионным сгустком. Проведено численное моделирование способа. |
| format |
Article |
| author |
Лымарь, А.Г. |
| author_facet |
Лымарь, А.Г. |
| author_sort |
Лымарь, А.Г. |
| title |
О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом |
| title_short |
О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом |
| title_full |
О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом |
| title_fullStr |
О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом |
| title_full_unstemmed |
О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом |
| title_sort |
о возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2004 |
| topic_facet |
Новые методы ускорения заряженных частиц |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/80451 |
| citation_txt |
О возможности ускорения ионов пространственно-периодическим виртуальным катодом / А.Г. Лымарь // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 4. — С. 110-112. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT lymarʹag ovozmožnostiuskoreniâionovprostranstvennoperiodičeskimvirtualʹnymkatodom |
| first_indexed |
2025-07-06T04:27:55Z |
| last_indexed |
2025-07-06T04:27:55Z |
| _version_ |
1836870350565015552 |
| fulltext |
\УДК 533.9
О ВОЗМОЖНОСТИ УСКОРЕНИЯ ИОНОВ ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЕ-
РИОДИЧЕСКИМ ВИРТУАЛЬНЫМ КАТОДОМ
А.Г. Лымарь
ННЦ “Харьковский физико-технический институт”
61108, Харьков, ул. Академическая, 1, Украина
Предложен новый способ коллективного ускорения ионов в пространственно-периодическом виртуаль-
ном катоде, в котором синхронизм движения ускоряющей волны и ионного сгустка обеспечивается самим
ионным сгустком. Проведено численное моделирование способа.
В [1] предложено использовать для ускорения
ионов перепад потенциала, существующий на гра-
нице между состоянием электронного потока (ЭП) с
виртуальным катодом (ВК) и состоянием ЭП без
ВК. При реализации этого метода для обеспечения
синхронизма движения ионного сгустка (ИС) и
ускоряющей волны необходимо обеспечить плавное
изменение параметров ЭП вдоль направления уско-
рения по некоторому закону.
В настоящей работе предлагается более простой
в реализации способ ускорения ИС распределенным
ВК, параметры которого изменяются периодически
вдоль направления ускорения, причем, синхронизм
между ускоряющей волной и ИС обеспечивается са-
мим ИС, который после входа в очередной ускоряю-
щий период переводит ЭП в этом периоде из состоя-
ния с ВК в состояние без ВК, обеспечивая себе уско-
ряющее поле на выходе из периода.
Возможный вариант ускоряющего периода (УП)
для реализации предлагаемого способа схематиче-
ски изображен на рис.1. Он симметричен относи-
тельно осей x и y и содержит катоды 1, 1а и сетки 2.
Рис.1. Схема ускоряющего периода: 1,1а – катоды; 2 – сетки; 3 – встречные электронные пучки
Верхняя и нижняя сетки имеют одинаковый по-
тенциал. Потенциалы катодов 1 и 1а относительно
сеток различны. Это позволяет при ограниченной
эмиссионной способности катодов формировать во
встречных ЭП состояния с ВК с периодически изме-
няющимися вдоль оси x параметрами. В частности,
возможно в центральной части УП создать состоя-
ние с ВК, близкое к границе, при которой происхо-
дит переход ЭП в состояние без ВК. В этом случае
возможно малым возмущением произвести суще-
ственную перестройку состояния потока и соответ-
ственно электрических полей в центральной части
УП. Таким возмущением может быть заряд ИС, вхо-
дящего в период вдоль оси х.
Процесс взаимодействия ИС с распределенным
ВК в устройстве, изображенном на рис.1, исследо-
вался численно методом крупных частиц. Про-
странство дрейфа электронов разбивалось на ячей-
ки. Количество узлов вдоль осей координат некото-
рая степень двойки, типичные значения NX=1024
узла вдоль оси х и 128 узлoв вдоль оси у. Расчет по-
тенциала производился с помощью быстрого преоб-
разования Фурье. Граничные условия в плоскостях
x0 и х1 − x-компонента электрического поля равна ну-
лю.
Электроны поступают в пространство дрейфа из
каждого узла, расположенного на сетках через рав-
ные временные интервалы с начальной скоростью,
направленной вдоль оси y. Электроны, пересекаю-
щие плоскости сеток в дальнейших вычислениях не
учитываются. Для сокращения объема вычислений
предполагается, что можно пренебречь х-компонен-
той скорости электронов (приложено достаточно
сильное магнитное поле, направленное вдоль оси у).
Уравнения движения нерелятивистские.
ИС моделируется равномерно заряженным
жестким стержнем, бесконечным вдоль оси z. Сече-
ние стержня плоскостью ху - эллипс, с полуосями
вдоль осей х и у соответственно 64 и 16 узлов. Плот-
ность заряда ИС выбиралась такой, чтобы согласно
грубым оценкам обеспечивалась продольная и по-
перечная устойчивости ИС в случае, когда ионам
будет предоставлена свобода. Она составляла 85%
от плотности ЭП при инжекции.
Исследования проводились с помощью ЭП, в ко-
тором распределенный ВК приготавливался следую-
щим образом. Сначала некоторый промежуток време-
ни производится инжекция ЭП с однородным по х
первеансом выше критического значения. После об-
разования ВК начинается период, когда скорости
инжектируемых электронов плавно увеличиваясь во
_______________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 4.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (4), с.110-112.
110
времени переходят к новым значениям (соответ-
ственно уменьшается первеанс потока), причем, на
участке катода 1а увеличение скорости больше, чем
на участках катодов 1. Конечной целью описанной
выше процедуры является получение в центральной
области периода ВК, близкого к границе срыва этого
состояния, а в периферийных областях более устой-
чивого ВК, который не исчезает ни при исчезновении
ВК в центральной области, ни при прохождении че-
рез эту область ИС. Полученное состояние ЭП в про-
странстве дрейфа запоминается и используется в ка-
честве исходного в последующих вычислениях.
Ниже приведены результаты исследования взаи-
модействия упомянутого исходного состояния с ИС,
который покоится или движется с постоянной ско-
ростью.
Рис.2. Конечное распределение потенциала (слева) и
плотности заряда ИС (справа) в плоскости ху.
U(x,y) = U(x,-y), q(x,e)=q(x,-y)
Рис.3. Зависимости от времени распределения по-
тенциала в плоскости у=(y0+y1)/2 и положения
центра ИС (крестики)
На рис.2 приведено распределение потенциала в
исходном состоянии ЭП для случая, когда в центре
УС помещен неподвижный ИС. Эволюция такого
начального состояния иллюстрируется рис.3, где
приведены зависимости потенциала в плоскости
у=(y0+y1)/2 от координаты х, регистрируемые через
равные интервалы времени (a и b – масштабные ко-
эффициенты). На рис.3 виден инициированный ИС
переход ЭП в состояние без ВК. Переход представ-
ляет собой волну смены состояний (ВСС), описан-
ную в [2], которая распространяется с постоянной
скоростью от центра к краям периода. На рис.3 вид-
ны также характерные для состояния с ВК осцилля-
ции потенциала во времени.
На рис.4 приведено распределение потенциала,
которое устанавливается после завершения перехода
ЭП в центральной части периода в состояние без ВК.
На рис.5 показан случай, когда ВСС инициирова-
на ИС, входящим в период со скоростью меньшей
скорости ВСС. В этом случае к моменту прихода
ИС к правой границе периода процесс смены состо-
яний уже завершен.
Из рис.2-4 видно, что после прихода ВСС к пра-
вой границе периода, для запаздывающего ИС здесь
образуется ускоряющий перепад потенциала. После
ускорения на этом перепаде ИС попадает в очеред-
ной УП, и ситуация рис.5 повторяется, но уже при
большей скорости ИС.
Рис.4. Конечное распределение потенциала (слева) и
плотности заряда ИС (справа) в плоскости ху.
U(x,y) = U(x,-y), q(x,e)=q(x,-y)
Рис.5. Зависимости от времени распределения по-
тенциала в плоскости у=(y0+y1)/2 и положения
центра ИС (крестики)
В приведенных выше случаях роль ИС сводилась
только к инициированию ВСС в ЭП, дальнейшее пове-
дение ВСС мало зависит от ИС. Ситуация меняется,
если скорость ИС сравнима или больше скорости ВСС.
Исследование процесса взаимодействия ИС и
ВСС проводилось в УС вдвое большей протяженно-
сти вдоль оси х. Граничные условия в плоскостях x0
и х1 позволяют сделать это без увеличения времени
счета. В качестве исходного было выбрано состоя-
ние ЭП, в котором в центре УП уже имеется состоя-
ние без ВК. Эволюция этого состояния при отсут-
ствии ИС показана на рис.6. На рис.7 и 8 показано
развитие процесса во времени, когда в начальный
_______________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 4.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (4), с.110-112.
111
момент времени в центре УП помещается движу-
щийся ИС. Из этих рисунков видно, что движение
ВСС синхронизовано с движением ИС. ИС управ-
ляет движением ВСС, “тянет” ее за собой.
Рис.6. Зависимости от времени распределения по-
тенциала в плоскости у=(y0+y1)/2 и положения
центра ИС (крестики)
Рис.7. Зависимости от времени распределения по-
тенциала в плоскости у=(y0+y1)/2 и положения
центра ИС (крестики)
Рис.8. Зависимости от времени распределения по-
тенциала в плоскости у=(y0+y1)/2 и положения
центра ИС (крестики)
Рис.9. Зависимости от времени распределения по-
тенциала в плоскости у=(y0+y1)/2 и положения
центра ИС (крестики)
На рис.8 скорость ИС близка к предельной, при
которой еще имеет место контроль движения ВСС.
Если еще немного добавить скорость, происходит
потеря контроля. Этот случай показан на рис.9.
Приведенные результаты численного моделиро-
вания показывают следующее:
- Предлагаемый способ “самосинхронизуемо-
го“ ускорения ИС имеет место;
- Если скорость ИС в процессе ускорения
сравнивается со скоростью ВСС, происходит
смена механизма ускорения, “самосинхрони-
зуемое“ ускорение сменяется ускорением по-
лем ВСС [1];
- Существует интервал различия скоростей
ВСС и ИС, в котором имеет место предска-
занный ранее [3] эффект управления скоро-
стью движения ВСС полем ИС. Этот эффект
позволяет ускорять ИС до скоростей, превы-
шающих собственную скорость ВСС почти
вдвое.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. №1263187 Способ ускорения ионов //
А.Г. Лымарь, В.В. Беликов, А.В. Звягинцев,
В.И. Приступа, Н.А. Хижняк // Открытия. Изоб-
ретения. 1990. №36. с.290.
2. А.Г. Лымарь. Волны смены состояний в элек-
тронном потоке с распределенным виртуальным
катодом // Физика плазмы. 2003, т.29, № 1, с.85.
3. А.Г. Лымарь. Характерные особенности ускоре-
ния ионов волной смены состояний электронно-
го потока // Тезисы докладов 16 Международно-
го семинара по линейным ускорителям заря-
женных частиц. 1999, Алушта, 6-12 сентября /
ННЦ ХФТИ, с.123.
ABOUT AN OPPORTUNITY OF IONS ACCELERATION BY A SPATIALLY PERIODIC VIRTUAL
CATHODE
A.G. Lymar
The new method of collective ion acceleration in the spatial - periodic virtual cathode, in which synchronism of
an accelerating wave and an ion bunch provided by an ion bunch itself, is offered. The numerical modeling of the
method is carried out.
ПРО МОЖЛИВІСТЬ ПРИСКОРЕННЯ ІОНІВ ПРОСТОРОВО-ПЕРІОДИЧНИМ ВІРТУАЛЬНИМ
КАТОДОМ
___________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 4.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (4), с. 115-117.
112
А.Г. Лимар
Запропоновано новий спосіб колективного прискорення іонів у просторово-періодичному віртуальному
катоді, у якому синхронізм руху хвилі, що прискорює, і іонного згустку забезпечується самим іонним
згустком. Проведено чисельне моделювання способу.
_______________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 4.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (4), с.110-112.
113
А.Г. Лымарь
ННЦ “Харьковский физико-технический институт”
А.Г. Лимар
|