Автореферат (1149873)
Текст из файла
На правах рукописиВоробьев Виктор ВикторовичНЕРАСХОДЯЩЕЕСЯ ИЗЛУЧЕНИЕ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ВПРИСУТСТВИИ ПЛАНАРНЫХ И ОБЪЁМНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХСТРУКТУР ИЗ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВСпециальность 01.04.03 — «Радиофизика»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2016РаботавыполненавФедеральномгосударственномбюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургскийгосударственный университет» (СПбГУ)Научный руководитель:д.ф.-м.н., профессорТюхтин Андрей ВикторовичОфициальные оппоненты:д.ф.-м.н., профессорАкимов Валерий Петрович,Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великого»д.ф.-м.н., заведующий лабораториейКузиков Сергей Владимирович,Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физикиРоссийской академии наук»Ведущая организация:Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательскийТомский политехнический университет»Защита состоится «» июня 2016 г.
в ______ часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.44, созданного на базе ФГБОУ ВО «СанктПетербургский государственный университет» по адресу: 199178, СанктПетербург, Средний пр. В.О., д. 43.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. М. ГорькогоСанкт-Петербургского государственного университета по адресу: 199034,Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. Диссертация и авторефератдиссертации размещены на сайте https://disser.spbu.ru/Автореферат разослан «____» ___________ 2016 г.Учёный секретарьдиссертационного советаД 212.232.44,к.ф.-м.н.Комолкин А.В.Общая характеристика работыАктуальность темы.
Излучение движущихся заряженных частиц вприсутствии различных сред и структур исследовалось начиная с 30-х годовXX века. Однако, несмотря на значительное количество публикаций по этойтематике, процессы излучения пучков частиц остаются недостаточноосвещёнными. В определённой степени это обусловлено тем, что со временемпоявляетсявсебольшеновыхматериаловснеобычнымиэлектродинамическими свойствами. Среди таких материалов можно отметитьтак называемые «метаматериалы», представляющие собой, как правило,объёмные периодические структуры, которые состоят из макроскопическихэлементов и имеют малый (по сравнению с рассматриваемыми длинами волн)период. Свойства такого рода «метасред» могут быть весьма своеобразны, чтоприводит и к необычности свойств излучения, которое в них генерируется.Примером подобного рода сред может служить материал с отрицательнымпоказателем преломления, а также объёмная структура из протяжённыхпараллельных проводников, рассматриваемая в настоящей диссертации.Немалый интерес представляет и исследование излучения, порождаемогопучками заряженных частиц в присутствии достаточно известных структур, вчастности, планарных систем из протяжённых проводников с малым периодом,которые также рассматриваются в данной диссертации.
Ранее излучение вприсутствии таких структур частично исследовалось, однако без детальногоанализа наиболее интересной его части — нерасходящихся поверхностныхволн. Кроме того, все ранее проведённые исследования подобных задачограничивались анализом излучения от точечного заряда, конечность размеровпучков частиц не принималась во внимание. Отмеченные выше факторыуказывают на актуальность темы настоящей работы для развитияфундаментальных представлений о процессах излучения зарядов.Тема работы актуальна и для потенциальных приложений. Этообусловлено, прежде всего, тем, что рассматриваемые структуры позволяютгенерировать практически нерасходящееся излучение (в виде либо объёмных,либо поверхностных волн).
Наличие такого излучения позволяет рассчитыватьна то, что его можно применить для развития метода диагностики пучковчастиц, в том числе для определения их размеров и формы. Особый интереспредставляют такие ситуации (которые реализуются в моделях,рассматриваемых в диссертации), когда пучок не разрушается ни за счёт3взаимодействия с элементами структуры, ни за счёт воздействия на неготормозящей и отклоняющей сил со стороны генерируемого поля излучения. Втаких случаях можно надеяться на реализацию неразрушающего непрерывногомониторинга характеристик пучков.Целью работы является аналитическое и численное изучение волновыхполей неточечных пучков заряженных частиц, которые движутся с постояннойскоростью в присутствии планарных и объёмных периодических структур изпараллельных проводников.
При этом рассматривается только относительнонизкочастотное поле излучения, характерные длины волн которого велики посравнению с периодом структуры. В такой ситуации двумерные структурымогут описываться с помощью «усреднённых» граничных условий, аобъёмные — с помощью «эффективного» тензора диэлектрическойпроницаемости.
Наиболее важной для данного исследования являетсянерасходящаяся часть генерируемого волнового поля, которая представленаповерхностными волнами в случае планарных структур и объёмнымизлучением в случае трёхмерного метаматериала.В работе анализируются электромагнитные поля пучков, которыедвижутся с постоянной скоростью, имеют конечную длину и пренебрежимомалое поперечное сечение. Рассматриваются следующие случаи движенияпучков: вдоль безграничной планарной структуры из параллельных проводниковперпендикулярно им; вдоль края полубесконечной планарной структуры из параллельныхпроводников перпендикулярно им; сквозь безграничную планарную структуру из параллельных проводниковперпендикулярно ей; мимо края полубесконечной планарной структуры из параллельныхпроводников перпендикулярно ей; внутри неограниченной трёхмерной структуры из параллельныхпроводников перпендикулярно им; вдоль границы полубесконечной трёхмерной структуры из параллельныхпроводников перпендикулярно им.Положения, выносимые на защиту.1.
В случае движения пучка заряженных частиц в присутствии безграничнойили полуограниченной планарной периодической структуры изпараллельных проводников перпендикулярно им показано следующее:4а) нерасходящаяся часть поля излучения представляет собой наборповерхностных волн, которые возбуждаются при любой скорости пучка,распространяются вдоль проводов со скоростью света в вакууме, апространственное распределение их полей не изменяется в процессераспространения;б) в случае полуограниченной структуры всегда возбуждаетсяповерхностная волна, распространяющаяся вдоль проводов от краяструктуры; ее поле убывает с ростом расстояния от края до проекциипучка на плоскость, в которой расположена структура. Если пучокдвижется вдоль структуры, а его проекция попадает на полуплоскость,занятую проводами, то возбуждаются также другие поверхностныеволны; одна из них отражается от края структуры, причем электрическоеи магнитное поля отражённой волны равны по модулю полям падающейволны, но повернуты на определенный угол;в) сила радиационного торможения при движении пучка вдоль планарнойструктуры прямо пропорциональна его скорости, а также, в случаепучка с постоянной продольной плотностью заряда, обратнопропорциональна линейной комбинации квадратов длины пучка ирасстояния до сетки;г) если пучок движется перпендикулярно неограниченной структуре, товозбуждается также объёмное излучение, максимум которого лежит вплоскости, параллельной проводам и содержащей траекторию пучка; внаправлении проводов и в направлении движения пучка излучениеотсутствует.
Если пучок движется мимо края полуограниченнойструктуры перпендикулярно ей, то диаграмма направленностиизлучения асимметрична относительно траектории пучка; при этомимеется излучение в направлении движения пучка.2. В случае движения пучка заряженных частиц в бесконечном проволочномметаматериале или вдоль его границы перпендикулярно проводам показаноследующее:а) поле излучения является беспороговым по скорости пучка,распространяется вдоль проводов со скоростью света, концентрируетсявблизи определённых прямых линий, исходящих из пучка исоставляющих тупой угол с его скоростью. Пространственная структураполя не изменяется в процессе распространения;5б) при движении пучка в вакууме вдоль границы полубесконечногометаматериала волновое поле в нем концентрируется в окрестностиопределенных линий, исходящих из проекции пучка на границу;в) сила радиационного торможения при движении пучка внутриметаматериала прямо пропорциональна его скорости.
В случаедвижения пучка вдоль полуограниченного метаматериала имеетсяотклоняющая пучок сила, которая в ультрарелятивистском пределе в двараза больше, чем тормозящая.3. Аналитические и численные результаты во всех рассмотренных задачахпоказывают, что генерируемое возмущение, как поверхностное, так иобъемное, отражает размеры и форму пучков частиц. При движении пучкавдоль плоской структуры или вдоль границы объёмного метаматериаластепень «размытости» получаемой картины волнового поля увеличивается сростом расстояния от пучка до границы структуры.Научная новизна представленных в диссертации результатов заключаетсяв следующем.Полученыиисследованыаналитическиевыражениядляэлектромагнитного поля пучка заряженных частиц с произвольнымпродольным распределением плотности заряда при его движении вдольбесконечной или полубесконечной планарной структуры из параллельныхпроводников.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
