Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды
Исследованы процессы трансформации статического электрического поля в электромагнитное излучение в однородной полуограниченной плазме, образующейся за фронтом сверхсветовой волны ионизации. Методом преобразования Лапласа найдены точные аналитические решения системы уравнений Максвелла с уравнением д...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2006 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80441 |
| 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: | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды / Н.В. Введенский, В.А. Костин // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 43-47. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859686961736843264 |
|---|---|
| author | Введенский, Н.В. Костин, В.А. |
| author_facet | Введенский, Н.В. Костин, В.А. |
| citation_txt | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды / Н.В. Введенский, В.А. Костин // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 43-47. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Исследованы процессы трансформации статического электрического поля в электромагнитное излучение в однородной полуограниченной плазме, образующейся за фронтом сверхсветовой волны ионизации. Методом преобразования Лапласа найдены точные аналитические решения системы уравнений Максвелла с уравнением для плотности электронного тока в холодной бесстолкновительной плазме. Показано, что образующаяся плазма излучает в окружающее пространство электромагнитные импульсы, параметры которых определяются как концентрацией электронов, так и направлением внешнего электрического поля и скоростью ионизационного фронта. Полученные результаты представляют интерес в связи с обсуждаемыми в настоящее время проектами использования плазмы с быстро меняющейся плотностью для создания генераторов электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне частот.
Досліджені процеси трансформації статичного електричного поля в електромагнітне випромінювання в
однорідній напівобмеженій плазмі, що створюється за фронтом надсвітлової хвилі іонізації. Методом
перетворення Лапласа знайдені точні аналітичні розв’язки системи рівнянь Максвелла з рівнянням для
густини електронного струму у холодній беззіткненевій плазмі. Показано, що створена плазма випромінює в
оточуючий простір електромагнітні імпульси, параметри яких визначаються як концентрацією електронів,
так і напрямком зовнішнього електричного поля та швидкістю іонізаційного фронту. Отримані результати
становлять інтерес у зв’язку з обговорюваними зараз проектами використання плазми з густиною, що
швидко змінюється для створення генераторів електромагнітного випромінювання у терагерцовому
діапазоні частот.
The processes of conversion of a static electric field to electromagnetic radiation in the homogeneous semibounded
plasma generated behind the superluminous ionization front are investigated. The exact analytical solutions
of Maxwell’s equations with current density equation for the cold collisionless plasma are found using the Laplace
transform. It is shown that the generated plasma emits to environment the electromagnetic pulses with parameters
dependent on both the plasma density and the direction of external electric field and the velocity of ionization front.
The results obtained are of interest in connection with projects discussed in present of using the plasma with rapidly
varying density for making generators of electromagnetic radiation in terahertz frequency band.
|
| first_indexed | 2025-11-30T22:59:19Z |
| format | Article |
| fulltext |
ТРАНСФОРМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ НА ГРАНИЦЕ
БЫСТРО ИОНИЗИРУЕМОЙ СРЕДЫ
Н.В. Введенский, В.А. Костин
Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
E-mail: vved@appl.sci-nnov.ru
Исследованы процессы трансформации статического электрического поля в электромагнитное излучение
в однородной полуограниченной плазме, образующейся за фронтом сверхсветовой волны ионизации. Мето-
дом преобразования Лапласа найдены точные аналитические решения системы уравнений Максвелла с
уравнением для плотности электронного тока в холодной бесстолкновительной плазме. Показано, что обра-
зующаяся плазма излучает в окружающее пространство электромагнитные импульсы, параметры которых
определяются как концентрацией электронов, так и направлением внешнего электрического поля и скоро-
стью ионизационного фронта. Полученные результаты представляют интерес в связи с обсуждаемыми в на-
стоящее время проектами использования плазмы с быстро меняющейся плотностью для создания генерато-
ров электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне частот.
PACS: 52.80.-s
1. ВВЕДЕНИЕ
Использование плазмы в качестве активного эле-
мента в схемах генерации электромагнитного излу-
чения различных частотных диапазонов составляет
важную проблему современной плазменной элек-
троники. В последнее время появилось большое ко-
личество работ, в которых исследовалось явление
преобразования внешних сторонних электромагнит-
ных полей различных частотных диапазонов (вклю-
чая и статических) при их взаимодействии с неста-
ционарной плазмой, плотность которой быстро ме-
няется (за времена, меньшие периода плазменного
колебания) в результате ионизации среды коротким
интенсивным лазерным импульсом [1-14]. Этот ли-
нейный по своей физической природе механизм
трансформации представляется достаточно привле-
кательным как средство генерации электромагнит-
ного излучения в труднодоступных областях частот-
ного спектра, например, в терагерцовом диапазоне
частот. В частности, в ряде экспериментальных ра-
бот наблюдалась генерация микроволнового [5] и
терагерцового [8, 9, 11] излучения при оптическом
пробое среды в присутствии статических электриче-
ских полей.
Теоретические исследования в данной области,
начиная с первых работ [15, 16], идут, главным об-
разом, в двух направлениях: 1) исследования в рам-
ках одномерных моделей трансформации электро-
магнитных волн в однородной безграничной плазме
с чисто временным изменением плотности [1] или
при их взаимодействии с движущимся одномерным
фронтом ионизации [4, 10]; 2) исследования преоб-
разования электромагнитного поля при взаимодей-
ствии с пространственно-ограниченной плазмой с
быстро меняющейся плотностью [2, 3, 6, 7, 12-14]. В
частности, в работах [2, 3, 6, 7, 13] исследовались
различные аспекты преобразования плоских элек-
тромагнитных волн, распространяющихся по норма-
ли [2, 3] или под углом [6, 7, 13] к границе мгновен-
но создаваемого плазменного слоя [3, 6, 13] или по-
лупространства [2, 7]. В недавних работах [12, 14] в
рамках квазистатического приближения исследова-
лись процессы возбуждения и излучения быстрых
волн и возможности их использования для генера-
ции терагерцового излучения при распространении
в присутствии внешнего электрического поля неод-
номерного сверхсветового ионизационного фронта,
создаваемого в газе фемтосекундным лазерным им-
пульсом. В работе [12] эти процессы исследовались
в предположении мгновенной и однородной иониза-
ции без учета радиационного затухания возбуждае-
мых колебаний, в работе [14] − с учетом радиацион-
ных потерь и дополнительных внутренних потерь,
связанных с пространственной неоднородностью
плазмы и конечностью времени ионизации.
В настоящей работе впервые будут найдены точ-
ные аналитические решения полной волновой зада-
чи о преобразовании внешнего статического элек-
трического поля при его взаимодействии с неодно-
мерным сверхсветовым ионизационным фронтом,
имеющим скорость, равную фазовой скорости со-
здающего плазму лазерного импульса, падающего
наклонно на плоскую границу ионизируемой среды.
Как будет видно из полученных результатов, пара-
метры электромагнитного поля, излучаемого резкой
границей плазмы в окружающее пространство, силь-
но зависят от плотности плазмы, а также от направ-
ления внешнего поля и скорости ионизационного
фронта. Соответствующий выбор указанных пара-
метров определяет возможности генерации электро-
магнитного излучения в различных (в том числе и в
труднодоступных) областях частотного спектра.
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Пусть в неионизованной среде (газе) с диэлек-
трической проницаемостью 1≈ε вдоль оси z рас-
пространяется волна ионизации с постоянной скоро-
стью V , большей скорости света c . Предполагает-
ся, что за ее фронтом (при Vtz < ) образуется одно-
родная полуограниченная (в поперечном направле-
нии) плазма плотности N , занимающая в декарто-
вых координатах область пространства 0<x ,
∞<<− ∞ y . Внешнее электрическое поле 0E , кото-
рое считается однородным и постоянным (при
___________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.43-47. 43
mailto:vved@appl.sci-nnov.ru
Vtz > ), направлено, в общем случае, произвольным
образом по отношению к направлению распростра-
нения волны ионизации и к плоской границе образу-
ющейся плазмы:
0000 zyxE zyx EEE 000 ++= ,
где 0x , 0y , 0z − единичные орты на осях x , y , z .
Для расчета электромагнитных полей ( E , B ) и то-
ков исходными являются точные уравнения Макс-
велла с линейным уравнением для плотности элек-
тронного тока j в холодной бесстолкновительной
плазме:
tc ∂
∂
−=
B
E
1
rot ,
tcc ∂
∂
+
π
=
E
jB
14
rot , E
j
π
ω
=
∂
∂
4
2
p
t
,
где mNep /4 2π=ω − плазменная частота, e и m
− заряд и масса электрона. Решение исходных урав-
нений ищем в виде стационарной волны, переходя к
переменной Vzt /−=ξ и удовлетворяя начальным
условиям на фронте волны ионизации при 0=ξ , от-
вечающим непрерывности во времени электромаг-
нитных полей и равенству нулю начальной скорости
рожденных электронов
0EE =)0( , 0)0( =B , 0)0( =j . (1)
Электромагнитное поле представляет собой
суперпозицию волн ТЕ ( 0≠yE , 0=yB ) и ТМ (
0=yE , 0≠yB ) типов, при этом волны ТЕ поляри-
зации возбуждаются компонентой внешнего элек-
трического поля, направленной вдоль оси y , а вол-
ны ТМ поляризации − компонентой, лежащей в
плоскости ( x , z ). Поля этих волн удовлетворяют
системам уравнений, в которые входят производные
по переменным x и ξ . Волны ТЕ поляризации
удовлетворяют системе уравнений
ξ∂
∂
+
π
=
ξ∂
∂
−
∂
∂
− y
z
xz E
c
j
c
B
Vx
B 141
, (2)
ξ∂
∂
−=
ξ∂
∂ xy B
c
E
V
11
, (3)
ξ∂
∂
−=
∂
∂ zy B
cx
E 1
, y
py E
j
π
ω
=
ξ∂
∂
4
2
, (4)
волны ТМ поляризации − системе уравнений
ξ∂
∂
=
ξ∂
∂
+
∂
∂ yxz B
c
E
Vx
E 11
, (5)
ξ∂
∂
+
π
=
ξ∂
∂ x
x
y E
c
j
c
B
V
141
, (6)
ξ∂
∂
+
π
=
∂
∂ z
z
y E
c
j
cx
B 14
, (7)
x
px E
j
π
ω
=
ξ∂
∂
4
2
, z
pz Ej
π
ω
=
ξ∂
∂
4
2
. (8)
3. РАСЧЕТ ЛАПЛАСОВСКИХ ИЗОБРАЖЕ-
НИЙ
Применяя преобразование Лапласа по перемен-
ной ξ к системам уравнений (2-4), (5-8), с учетом
начальных условий (1), получаем в однородных об-
ластях 0>x , 0<x уравнения для изображений zE~
, zB~ продольных компонент электрических и маг-
нитных полей zE и zB :
0~
~
,~
~
2
2
2
0
2
2
2
2
=−
∂
∂
ε
−=−
∂
∂
z
z
zz
z Bs
x
B
E
q
s
Es
x
E
, (9)
где q − комплексная лапласовская переменная,
22 /)(1 qx pω−θ+=ε , )( x−θ − единичная функция,
( )2222 1 Vcqs −ε= . Изображения других про-
дольных компонент электрического и магнитного
полей yE~ , yB~ выражаются через zE~ , zB~ следую-
щим образом:
( )
y
z
y E
s
q
cqx
B
s
q
c
E 0222
111~1~
−ε
−+
∂
∂
−= ,
( )
x
z
y E
s
q
Vcx
E
s
q
c
B 022
11~1~ −ε
−
∂
∂ε
= .
Решая уравнения (9) в однородных областях
0>x , 0<x , удовлетворяя условию излучения (т.е.
выбирая решение с соответствующим знаком в экс-
поненте) и сшивая продольные компоненты полей
на границе 0=x , находим выражения для zE~ и zB~
в вакууме (при 0>x ):
( ) ( ) ,exp
11
exp~
00
−
−++−= xs
q
C
q
ExsCEE vzzvxxz
( )xsCEB vyyz −= exp~
0 ,
и в плазме (при 0<x ):
( ) ( )
ε
−+
ε
+= xs
q
C
q
ExsCEE pzzpxxz exp11exp~
00 ,
( )xsCEB pyyz exp~
0= ,
где
−=
22
22 11
Vc
qsv ,
2
2
22
22 11
cVc
qs p
p
ω
+
−= ,
( )( )pvpp
vp
x
sqsqVs
s
C
222
2
+ω+
ω
= ,
( )pvp
vp
y
ssscq
s
C
+
ω
−=
2
2
,
( )
( ) pvp
pv
z
sqsq
ssq
C
222 +ω+
+
= .
Значения ps и vs выбираются так, чтобы удовле-
творять условиям ( ) 0,Re >pv ss при 0Re >q .
4. ГЕНЕРИРУЕМОЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТ-
НОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
На границе 0=x лапласовские изображения по-
лей представляют собой дробно-рациональные
44
функции q и ( ) 22221 pqVc ω+− , что позволяет
представить их в виде произведения изображений
известных табличных функций и для выполнения
обратного преобразования воспользоваться извест-
ной теоремой о свертке. Зная временные зависимо-
сти полей при 0=x
)((0) ξE , ξ()0(B ), (10)
нетрудно найти поле излучения в вакууме. Посколь-
ку возмущения распространяются от границы со
скоростью света под углом )/arccos( Vc=ϕ , то поля
в вакууме при ξ<< X0 , где 22 /1/1 VcxX −= ,
получаются из (10) заменой ξ на X−ξ (при ξ>X
поле не возмущено и равно внешнему 0E ).
Далее рассмотрим отдельно три частных случая,
в каждом из которых внешнее электрическое поле
предполагается направленным вдоль одной из осей
координат. Полное решение (в силу линейности
рассматриваемой задачи) будет представлять собой
суперпозицию найденных ниже частных решений.
4.1. ВНЕШНЕЕ ПОЛЕ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО
ГРАНИЦЕ ПЛАЗМЫ ( 00 xE xE0= )
В этом случае продольные поля на границе име-
ют следующий вид:
( )
ξω−
−β
ξβ ω
β−
β
= p
p
xy GJEB
12 2
020
)0( , 2≠β ,
( ) ( )
ξω
ξω
−ξω=
p
p
pxy
J
JEB
22
22 1
00
)0( , 2=β
,
)0(
2
)0( 1
yz BE
β
−β
−= ,
где cV /=β , 0J и 1J − функции Бесселя нулевого
и первого порядков,
×
β−
−β
+=
2
2
2
1
1)(uG
( )∫
−
β−
−β
−β
−β
β
−×
u
dvvu
vJ
0
2
2
2
2
0
2
1
sh
1
11 , 2<β ,
×
−β
−β
−=
2
1
1)(
2
2
uG
( )∫
−
−β
−β
−β
−β
β
−×
u
dvvu
vJ
0
2
2
2
2
0
2
1
sin
1
11 , 2>β
.
Рис.1. Временные зависимости продольных компо-
нент электрического (а) и магнитного (б) полей для
различных значений β = V/c в случае, когда внешнее
преобразуемое поле направлено перпендикулярно
границе плазмы. Кривые 1-3 соответствуют значе-
ниям β = 1.01, 21/2, 20
Приведенные зависимости )()0( ξzE и )()0( ξzB
при различных значениях cV /=β показаны на
Рис.1,а,б. Как видим, когда β близко к 1 (кривые 1),
генерируемое излучение имеет высокую частоту,
малую амплитуду и достаточно быстро затухает во
времени. С увеличением β скорость затухания ко-
лебаний уменьшается, частота их падает (стремясь
при ∞→β к плазменной частоте), а амплитуда рас-
тет, достигая своего максимального значения при
2=β (кривые 2). При дальнейшем увеличении β
амплитуда колебаний монотонно снижается (кривые
3) и стремится к нулю при ∞→β .
4.2. ВНЕШНЕЕ ПОЛЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО ГРАНИ-
ЦЕ ПЛАЗМЫ И ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО
НАПРАВЛЕНИЮ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ИОНИЗАЦИОННОГО ФРОНТА ( 00 yE yE0= )
Продольные поля на границе плазмы в этом слу-
чае имеют особенно простой вид и представляют со-
бой функции Бесселя нулевого порядка
−β
ξβ ω
=
12
00
)0( p
yy JEE , (11)
( )yyz EEB 0
)0(
2
)0( 1
−
β
−β
= . (12)
Наиболее эффективная генерация электромагнитно-
го излучения здесь, в отличие от предыдущего при-
мера, происходит как раз при больших значениях β :
как видно из полученного решения, амплитуда коле-
___________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.43-47. 45
баний магнитного поля достигает своего максималь-
ного значения yE0 при ∞→β .
4.3. ВНЕШНЕЕ ПОЛЕ ПАРАЛЛЕЛЬНО
НАПРАВЛЕНИЮ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ИОНИЗАЦИОННОГО ФРОНТА ( 00 zE zE0= )
Решения для продольных полей на границе плаз-
мы в этом случае выглядят следующим образом:
( ) ( )
−β
ξβ ω
−β−ξω
β−
=
1
1
2 2
0
2
2
0 p
p
z
z JG
E
E ,
2≠β ,
( )
ξω
ξω
=
p
p
zz
J
EE
22 1
0 , 2=β ,
( )zzy EEB −
−β
β
= 0
2 1
.
Рис.2. Временные зависимости продольных компо-
нент электрического (а) и магнитного (б) полей для
различных значений β = V/c в случае, когда внешнее
преобразуемое поле параллельно направлению рас-
пространения фронта ионизации. Кривые 1-3 соот-
ветствуют значениям β = 1.01, 21/2, 5
Данные зависимости при различных значениях β
показаны на Рис.2,а,б. При значении β , близком к 1
(кривые 1), колебания поля отсутствуют, и генери-
руемый сигнал представляет собой одиночный им-
пульс, поля в котором медленно релаксируют к
своим стационарным значениям. По мере увеличе-
ния β диапазон изменения поля в импульсе сильно
уменьшается, достигая своего минимального значе-
ния при 2=β (кривые 2). Дальнейшее увеличение
β приводит к увеличению переменной составляю-
щей поля в излучении (кривые 3), и при ∞→β ре-
шения приближаются к зависимостям (11), (12).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Полученные в настоящей работе результаты по-
казывают, что исследуемый механизм линейной
трансформации внешнего электрического поля в бы-
стро ионизируемой среде может быть достаточно
перспективным для разработки схем генерации
электромагнитных импульсов в различных диапазо-
нах частот (в том числе и в мало освоенных к насто-
ящему времени), поскольку параметрами генерируе-
мого излучения можно эффективно управлять в ши-
роких пределах, меняя плотность создаваемой плаз-
мы (например, за счет изменения давления ионизи-
руемого газа), скорость волны ионизации (за счет
изменения угла падения ионизирующих импульсов)
и направление внешнего электрического поля. Даль-
нейшие исследования рассмотренного в работе ме-
ханизма трансформации, которые ведутся в настоя-
щее время, в том числе и авторами данной статьи
(предварительные результаты которых представля-
лись, в частности, в докладе [17]), должны предпо-
лагать использование более сложных моделей про-
странственной структуры плазмы, близких к реаль-
ным схемам оптического пробоя газов и конденси-
рованных сред.
Работа выполнена при поддержке Российского
фонда фундаментальных исследований (гранты
№04-02-16684, № 06-02-17496) и Российского фонда
содействия отечественной науке.
ЛИТЕРАТУРА
1. S.C. Wilks, J.M. Dawson, W.B. Mori. Frequency
up-conversion of electromagnetic radiation with use
of an overdense plasma // Phys. Rev. Lett. 1988,
v.61, №3, p.337-340.
2. D.K. Kalluri. On reflection from a suddenly created
plasma half-space // IEEE Trans. Plasma Sci. 1988,
v.16, №1, p.11-16.
3. D.K. Kalluri, V.R. Goteti. Frequency shifting of
electromagnetic radiation by sudden creation of a
plasma slab // J. Appl. Phys. 1992, v.72, №10,
p.4575-4580.
4. W.B. Mori, T. Katsouleas, J.M. Dawson, C.H. Lai.
Conversion of dc fields in a capacitor array to
radiation by a relativistic ionization front // Phys.
Rev. Lett. 1995, v.74, №4, p.542-545.
5. C.H. Lai, R. Liou, T.C. Katsouleas et al.
Demonstration of microwave generation from a
static field by a relativistic ionization front in a
46
capacitor array // Phys. Rev. Lett. 1996, v.77, №23,
p.4764-4767.
6. M.I. Bakunov, A.V. Maslov. Trapping of
electromagnetic wave by nonstationary plasma
layer // Phys. Rev. Lett. 1997, v.79, №23, p.4585-
4588.
7. M.I. Bakunov, A.V. Maslov. Trapping of
electromagnetic wave by the boundary of a time-
varying plasma // Phys. Rev. E. 1998, v.57, №5,
p.5978-5987.
8. T. Loffler, F. Jacob, H.G. Roskos. Generation of
terahertz pulses by photoionization of electrically
biased air // Appl. Phys. Lett. 2000, v.77, №3, p.453-
455.
9. D. Hashimshony, A. Zigler, K. Papadopoulos.
Conversion of electrostatic to electromagnetic
waves by superluminous ionization front // Phys.
Rev. Lett. 2001, v.86, №13, p.2806-2809.
10. M.I. Bakunov, A.V. Maslov, P.A. Ivanov.
Interaction of an electromagnetic wave packet with
an ionization front: copropogating configuration
//Phys. Rev. E. 2001, v.63, p.037401−1-4.
11. T. Loffler, H.G. Roskos. Gas-pressure dependence
of terahertz-pulse generation in a laser-generated
nitrogen plasma // J. Appl. Phys. 2002, v.91, №5,
p.2611-2614.
12. С.В. Голубев, Е.В. Суворов, А.Г. Шалашов. О
возможности генерации терагерцового излуче-
ния при оптическом пробое плотного газа //
Письма в ЖЭТФ. 2004, т.79, №8, с.443-447.
13. V.B. Gildenburg, N.V. Vvedenskii. Terahertz and
soft x rays radiation from suddenly created plasma
layer // Probl. At. Sci. Technol., Ser.: Plasma Phys.
2005, v.11, №2, p.110-112.
14. А.М. Быстров, Н.В. Введенский, В.Б. Гильден-
бург. Генерация терагерцового излучения при оп-
тическом пробое газа // Письма в ЖЭТФ. 2005,
т.82, №12, с.852-857.
15. В.И. Семенова. Об отражении электромагнит-
ных волн от фронта ионизации // Изв. высш. уч.
зав. Радиофизика. 1967, т.10, №8, с.1077.
16. Л.А. Островский, Н.С. Степанов. Нерезо-
нансные параметрические явления в распреде-
ленных системах // Изв. высш. уч. зав. Радиофи-
зика. 1971, т.14, №4, с.489-529.
17. Н.В. Введенский, В.А. Костин. Преобразование
и генерация электромагнитного излучения при
распространении неодномерного сверхсветово-
го ионизационного фронта во внешнем электри-
ческом поле // Тезисы докладов XXXIII Между-
народной (Звенигородской) конференции по фи-
зике плазмы и УТС. 2006, с.239.
CONVERSION OF A STATIC ELECTRIC FIELD TO ELECTROMAGNETIC RADIATION
AT THE BOUNDARY OF A RAPIDLY IONIZED MEDIUM
N.V. Vvedenskii, V.A. Kostin
The processes of conversion of a static electric field to electromagnetic radiation in the homogeneous semi-
bounded plasma generated behind the superluminous ionization front are investigated. The exact analytical solutions
of Maxwell’s equations with current density equation for the cold collisionless plasma are found using the Laplace
transform. It is shown that the generated plasma emits to environment the electromagnetic pulses with parameters
dependent on both the plasma density and the direction of external electric field and the velocity of ionization front.
The results obtained are of interest in connection with projects discussed in present of using the plasma with rapidly
varying density for making generators of electromagnetic radiation in terahertz frequency band.
ТРАНСФОРМАЦІЯ СТАТИЧНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ У ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ
ВИПРОМІНЮВАННЯ НА МЕЖІ ШВИДКО ІОНІЗОВАНОГО СЕРЕДОВИЩА
Н.В. Введеньский, В.А. Костін
Досліджені процеси трансформації статичного електричного поля в електромагнітне випромінювання в
однорідній напівобмеженій плазмі, що створюється за фронтом надсвітлової хвилі іонізації. Методом
перетворення Лапласа знайдені точні аналітичні розв’язки системи рівнянь Максвелла з рівнянням для
густини електронного струму у холодній беззіткненевій плазмі. Показано, що створена плазма випромінює в
оточуючий простір електромагнітні імпульси, параметри яких визначаються як концентрацією електронів,
так і напрямком зовнішнього електричного поля та швидкістю іонізаційного фронту. Отримані результати
становлять інтерес у зв’язку з обговорюваними зараз проектами використання плазми з густиною, що
швидко змінюється для створення генераторів електромагнітного випромінювання у терагерцовому
діапазоні частот.
___________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 5.
Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), с.43-47. 47
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80441 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T22:59:19Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Введенский, Н.В. Костин, В.А. 2015-04-17T19:43:01Z 2015-04-17T19:43:01Z 2006 Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды / Н.В. Введенский, В.А. Костин // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 5. — С. 43-47. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1562-6016 PACS: 52.80.-s https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80441 Исследованы процессы трансформации статического электрического поля в электромагнитное излучение в однородной полуограниченной плазме, образующейся за фронтом сверхсветовой волны ионизации. Методом преобразования Лапласа найдены точные аналитические решения системы уравнений Максвелла с уравнением для плотности электронного тока в холодной бесстолкновительной плазме. Показано, что образующаяся плазма излучает в окружающее пространство электромагнитные импульсы, параметры которых определяются как концентрацией электронов, так и направлением внешнего электрического поля и скоростью ионизационного фронта. Полученные результаты представляют интерес в связи с обсуждаемыми в настоящее время проектами использования плазмы с быстро меняющейся плотностью для создания генераторов электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне частот. Досліджені процеси трансформації статичного електричного поля в електромагнітне випромінювання в однорідній напівобмеженій плазмі, що створюється за фронтом надсвітлової хвилі іонізації. Методом перетворення Лапласа знайдені точні аналітичні розв’язки системи рівнянь Максвелла з рівнянням для густини електронного струму у холодній беззіткненевій плазмі. Показано, що створена плазма випромінює в оточуючий простір електромагнітні імпульси, параметри яких визначаються як концентрацією електронів, так і напрямком зовнішнього електричного поля та швидкістю іонізаційного фронту. Отримані результати становлять інтерес у зв’язку з обговорюваними зараз проектами використання плазми з густиною, що швидко змінюється для створення генераторів електромагнітного випромінювання у терагерцовому діапазоні частот. The processes of conversion of a static electric field to electromagnetic radiation in the homogeneous semibounded plasma generated behind the superluminous ionization front are investigated. The exact analytical solutions of Maxwell’s equations with current density equation for the cold collisionless plasma are found using the Laplace transform. It is shown that the generated plasma emits to environment the electromagnetic pulses with parameters dependent on both the plasma density and the direction of external electric field and the velocity of ionization front. The results obtained are of interest in connection with projects discussed in present of using the plasma with rapidly varying density for making generators of electromagnetic radiation in terahertz frequency band. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты №04-02-16684, № 06-02-17496) и Российского фонда содействия отечественной науке. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Релятивистская и нерелятивистская плазменная СВЧ-электроника Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды Трансформація статичного електричного поля у електромагнітне випромінювання на межі швидко іонізованого середовища Conversion of a static electric field to electromagnetic radiation at the boundary of a rapidly ionized medium Article published earlier |
| spellingShingle | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды Введенский, Н.В. Костин, В.А. Релятивистская и нерелятивистская плазменная СВЧ-электроника |
| title | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды |
| title_alt | Трансформація статичного електричного поля у електромагнітне випромінювання на межі швидко іонізованого середовища Conversion of a static electric field to electromagnetic radiation at the boundary of a rapidly ionized medium |
| title_full | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды |
| title_fullStr | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды |
| title_full_unstemmed | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды |
| title_short | Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды |
| title_sort | трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды |
| topic | Релятивистская и нерелятивистская плазменная СВЧ-электроника |
| topic_facet | Релятивистская и нерелятивистская плазменная СВЧ-электроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80441 |
| work_keys_str_mv | AT vvedenskiinv transformaciâstatičeskogoélektričeskogopolâvélektromagnitnoeizlučenienagranicebystroioniziruemoisredy AT kostinva transformaciâstatičeskogoélektričeskogopolâvélektromagnitnoeizlučenienagranicebystroioniziruemoisredy AT vvedenskiinv transformacíâstatičnogoelektričnogopolâuelektromagnítnevipromínûvannânamežíšvidkoíonízovanogoseredoviŝa AT kostinva transformacíâstatičnogoelektričnogopolâuelektromagnítnevipromínûvannânamežíšvidkoíonízovanogoseredoviŝa AT vvedenskiinv conversionofastaticelectricfieldtoelectromagneticradiationattheboundaryofarapidlyionizedmedium AT kostinva conversionofastaticelectricfieldtoelectromagneticradiationattheboundaryofarapidlyionizedmedium |