Автореферат (1149873), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Описаны отличия поверхностных волн в задачах снеограниченной и полуограниченной структурами. Описан эффект отраженияповерхностной волны от края структуры. Получены потери энергии пучка наизлучение при движении вдоль бесконечной структуры.Полученыиисследованыаналитическиевыражениядляэлектромагнитного поля пучка с произвольным продольным распределениемплотности заряда при его движении перпендикулярно бесконечной илиполубесконечной планарной структуре из параллельных проводников. Описаныотличия поверхностных волн и объёмного излучения в задачах снеограниченной и полуограниченной планарными структурами.Полученыиисследованыаналитическиевыражениядляэлектромагнитного поля пучка с произвольным продольным распределениемплотности заряда при его движении внутри неограниченного проволочногометаматериала или вдоль границы такого метаматериала.

Описаны свойстваполя излучения. Продемонстрировано, что излучение является нерасходящимсяи беспороговым по скорости. Аналитически получены потери энергии пучка на6излучение, а также величина отклоняющей силы при движении пучка вдольграницы метаматериала.Во всех рассмотренных задачах проведены численные расчёты полейизлучения.Продемонстрированавозможностьиспользованияполейповерхностных волн (на планарных структурах) или объёмного излучения (впроволочном метаматериале) для определения размеров и формы пучка.Научная значимость полученных результатов заключается ваналитическом и численном исследовании процессов излучения пучков частицконечного размера в описанных выше условиях. В этой связи можно выделить: описание поверхностных волн на планарных периодических структурах, какнеограниченных, так и имеющих край, при движении пучка вдольструктуры и перпендикулярно ей; описание нерасходящегося беспорогового излучения Вавилова-Черенкова внеограниченном или полуограниченном проволочном метаматериале; получение выражений для потерь энергии пучка в ряде рассмотренныхситуаций; демонстрацию характерных особенностей излучения с помощью рядачисленных расчётов как для планарных, так и для объёмных структур.Практическая значимость полученных результатов обусловленавозможностью развития нового метода диагностики пучков заряженных частицпри помощи периодических проволочных структур.

Полученные в работерезультаты показывают, что как планарные, так и объёмные системы изпротяжённых проводников позволяют генерировать поля излучения,пространственные распределения которых содержат информацию о длинепучка. Более того, по объёмному излучению в метаматериале можноопределять и поперечные размеры пучка.

Преимуществом данного методаявляется то, что он является неразрушающим по отношению к пучку. Крометого можно отметить, что полученные в работе результаты могут бытьиспользованы для расчётов полей зарядов произвольной формы с помощьюалгоритмов, основанных на аналитическом решении уравнений Максвелла, беззатраты большого количества вычислительных ресурсов.Достоверностьполученныхрезультатовобеспечиваетсяпоследовательнымприменениемстрогиханалитическихметодов,разработанных в электродинамике, теории функции комплексного переменногои математической физике, а также совпадением результатов диссертации сизвестными из литературы частными случаями.7Личный вклад автора.

Содержание диссертации отражает персональныйвклад автора в проведённые исследования. Во всех случаях автор диссертациипринимал активное участие в постановке задач, выборе методов исследования ианализе полученных результатов (совместно с научным руководителем). Вкладавтора в процесс получения всех основных результатов диссертации былопределяющим.Публикации.

По результатам диссертации опубликовано 14 работ [1–14].Основные научные результаты отражены в 5 статях в международныхжурналах, входящих в базы данных «Web of Science» и «Scopus» [1–5].Результаты исследований излагались также в ряде полнотекстовыхдокладов [6–11] и тезисов докладов [12–14] ведущих в своей областимеждународных и российских конференций.Апробация работы.

Доклады по результатам, описанным в диссертации,представлялись на XV Всероссийской научной конференции студентоврадиофизиков (Санкт-Петербург, 2011) [10], Региональной XX конференции пораспространению радиоволн (Санкт-Петербург, 2014) [11], ведущей ежегодноймеждународной конференции по физике ускорителей «International ParticleAccelerator Conference» в 2012–2015 годах (Новый Орлеан, США, 2012;Шанхай, Китай, 2013; Дрезден, Германия, 2014; Ричмонд, США, 2015) [6–9],международной конференции «Days on Diffraction» в 2012 и 2013 годах (СанктПетербург) [12, 13], международном семинаре «IV Mini-workshop for AdvancedGeneration of THz and Compton X-ray Beams using compact electron accelerators»(Санкт-Петербург, Россия, 2014), а также на IX и XI международныхсимпозиумах «Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures»(Лондон, Великобритания, 2011; Санкт-Петербург, Россия, 2015) [2,14].Большинство докладов было представлено автором лично.Объём и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, двухглав и заключения. Полный объем диссертации составляет 126 страниц,включая 48 рисунков и список литературы, содержащий 145 наименований.Содержание работыПервая глава посвящена излучению пучков заряженных частиц,движущихся в присутствии планарной периодической структуры («сетки») изпараллельных проводников. Период структуры считается малым по сравнениюс длинами волн в рассматриваемой части спектра. Кроме того, предполагается,что толщина проводников мала по сравнению с периодом структуры.8В разделе 1.1 рассматривается модель, используемая для описанияэлектромагнитных свойств планарной периодической структуры изпараллельных проводников (Рисунок 1a).

Модель основана на известномметоде усреднённых граничных условий (УГрУ) [1*], который позволяетописывать рассматриваемую (относительно низкочастотную) часть спектра.Согласно этому методу, сетка заменяется сплошной плоскостью («экраном»),на которой ставятся УГрУ следующего вида:2  bEx y  0   A  B 2  I x ,x I zb  0,(1)где I b — наводимая усреднённая плотность поверхностного тока. ПараметрыA и B , в случае зависимости от времени вида expit , равныa aa(2)A  a  Z  2i 2 ln, , B  2i ln2r2rc00где a — период структуры, r0 — радиус проводников, Z — погонноекомплексное сопротивление одного провода, имеющее простые приближения вдвух предельных случаях:2 1r,r0 2d ,01 Z(3)1e 2r0d exp(i / 4), r0 2d ,(  e и d — проводимость и толщина скин-слоя материала проводников, соответственно).В разделе 1.2 рассматривается поле тонкого (т.е.

обладающего малымпоперечным размером) пучка заряженных частиц, движущегося равномерно ипрямолинейно вдоль поверхности бесконечной планарной структуры изпроводников перпендикулярно им (Рисунок 1а). Предполагается, что пучокимеет произвольное распределение заряда по его длине. Строится строгоерешение граничной задачи в виде разложения по плоским волнам. Методамитеории функций комплексного переменного (ТФКП) анализируется поведениеэлектромагнитного поля в дальней (волновой) зоне. Показывается, чтообъемное излучение в рассматриваемом приближении (т.е.

на относительнонизких частотах) отсутствует. Волновое поле состоит лишь из двухсимметричных друг другу поверхностных волн, которые распространяютсявдоль проводников от линии движения пучка. Они представляют собойизлучение, нерасходящееся в процессе распространения. В случаепренебрежимо малых потерь в проводах излучение не убывает с ростом9расстояния от заряда вдоль определенных линий, составляющих угол arcctg  с проекцией траектории пучка на плоскость сетки. Таким образом,пространственная структура поля поверхностной волны сохраняется по мере еёраспространения.(а)(б)Рисунок 1.

Движение пучка заряженных частиц вдоль бесконечной (а) и полуограниченной(б) сетки из параллельных проводников перпендикулярно им.Поверхностная волна обладает только компонентами поля, которыеортогональны проводам. Поток её энергии направлен строго вдоль проводов ипропорционален квадрату модуля электрического поля.

В работе полученыаналитические интегральные выражения для поля поверхностной волны отпучков с произвольным продольным распределением заряда. Для случая«прямоугольного» пучка (с постоянной плотностью заряда по всей длине),движущегося над идеально анизотропно проводящей плоскостью, выражениядля компонент поля поверхностной волны удается записать через элементарныефункции:2  y  b0     x  sgn y 222 E ys     x    y  b0    (4), s   q2222 Ez  y  b0       x      y  b0       x    где   z  Vt ,   V c — скорость пучка в единицах скорости света в вакууме,b0 — расстояние от пучка до сетки,  — полудлина пучка, q — заряд пучка.10В этом и всех последующих разделах главы приводятся двумерныеграфики распределения компонент поля и плотности потока энергииповерхностных волн (Рисунок 2). Они показывают, что структура поляотражает размеры пучка и, в определённой степени, его «форму», то естьраспределение заряда по длине пучка.

По этой причине рассматриваемыеповерхностные волны могут использоваться для диагностики пучков.Рисунок 2. Поверхностная волна, возбуждаемая «прямоугольным» пучком, движущимсявдоль неограниченной планарной проволочной структуры. Приведено распределениекомпонент поля и плотности потока энергии волны в плоскости, перпендикулярнойпроводам x  const  0 . Длина пучка 2  2 см, заряд q  1 ед. СГС, расстояние оттраектории до сетки b0  0.1 см. Параметры сетки: e   ; a  1 мм, r0  0.1 мм. Скоростьпучка   0.9 . Компоненты поля и плотность потока энергии приведены в системе СГС.В заключение раздела рассчитываются энергетические потери пучка наединицу длины пути, которые оказываются прямо пропорциональнымискорости его движения. Даются оценки, которые свидетельствуют онезначительности этих потерь для типичных пучков на расстояниях, по крайнеймере, в десятки сантиметров.В разделе 1.3 анализируется задача, схожая с рассмотренной в разделе 1.2,однако вместо бесконечной планарной структуры рассматриваетсяполубесконечная (Рисунок 1б).

Характеристики

Список файлов диссертации