Диссертация (1149874)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Санкт-Петербургский государственный университет»На правах рукописиВоробьев Виктор ВикторовичНЕРАСХОДЯЩЕЕСЯ ИЗЛУЧЕНИЕ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦВ ПРИСУТСТВИИ ПЛАНАРНЫХ И ОБЪЁМНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХСТРУКТУР ИЗ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОВОДНИКОВСпециальность: 01.04.03 — РадиофизикаДиссертацияна соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководительдоктор физико-математических наукпрофессор Тюхтин Андрей ВикторовичСанкт-Петербург — 2016ОглавлениеВведение ..................................................................................................................................................4Глава 1.
Излучение пучка заряженных частиц в присутствии планарныхпериодических структур из тонких параллельных проводников .............................................141.1. Модель планарной периодической структуры из тонких параллельныхпроводников и метод усреднённых граничных условий ......................................................141.2. Излучение пучка заряженных частиц, пролетающего вдоль бесконечной сетки изпараллельных проводов............................................................................................................171.2.1.
Общее решение .........................................................................................................171.2.2. Асимптотическое исследование поля .....................................................................201.2.3. Поверхностные волны ..............................................................................................231.2.4. Потери энергии на излучение ..................................................................................271.3. Излучение пучка заряженных частиц, движущегося вдоль края полубесконечнойплоской сетки из проводов.......................................................................................................301.3.1.
Общее решение .........................................................................................................301.3.2. Асимптотическое исследование поля .....................................................................351.3.3. Поверхностная волна для произвольного пучка, движущегося «ниже» ребра ..381.3.4.
Поверхностные волны для произвольного пучка, движущегося «выше» ребра 401.3.5. Поверхностные волны от «прямоугольного» пучка ..............................................431.4. Излучение пучка заряженных частиц, пролетающего сквозь бесконечнуюпланарную сетку из проводов перпендикулярно её поверхности .......................................471.4.1. Общее решение .........................................................................................................471.4.2.
Объёмное излучение .................................................................................................491.4.3. Поверхностные волны ..............................................................................................541.5. Излучение пучка заряженных частиц, пролетающего мимо края полубесконечнойсетки из проводов......................................................................................................................581.5.1.
Общее решение .........................................................................................................581.5.2. Объёмное излучение .................................................................................................611.5.3. Поверхностная волна ................................................................................................65Выводы .......................................................................................................................................68Глава 2. Излучение пучка заряженных частиц, движущегося в присутствиипроволочного метаматериала ...........................................................................................................702.1. Свойства проволочного метаматериала ........................................................................702.2. Излучение пучка заряженных частиц, движущегося перпендикулярно проводам вбесконечном метаматериале ....................................................................................................732.2.1.
Общие выражения для компонент поля .................................................................732.2.2. Квазистатическая часть поля ...................................................................................782.2.3. Волновое поле точечного заряда .............................................................................812.2.4. Волновое поле пучков заряженных частиц ............................................................852.2.5. Потери энергии на излучение ..................................................................................902.3. Поле пучка заряженных частиц, движущегося вдоль границы проволочногометаматериала ...........................................................................................................................932.3.1.
Решение задачи о поле тонкого пучка ....................................................................932.3.2. Анализ волнового поля ............................................................................................9822.3.3. Волновое поле точечного заряда в случае движения вблизи границы..............1032.3.4. Волновое поле «прямоугольного» пучка заряженных частиц ...........................1052.3.5. Потери энергии на излучение точечного заряда ..................................................109Выводы .....................................................................................................................................114Заключение .........................................................................................................................................115Список литературы ..........................................................................................................................1173ВведениеЭффекты излучения равномерно движущихся зарядов в присутствии различных сред иобъектов были обнаружены и объяснены отечественными физиками в середине прошлого века.Плеяда выдающихся открытий началась с того, что П.
А. Черенков обнаружил [1] необычное(по ряду свойств) свечение при наблюдении люминесценции солей урана, а его научныйруководитель С. И. Вавилов предпринял попытку объяснить этот эффект [2]. Первоеправильное теоретическое описание было представлено И. Е. Таммом и И. М. Франкомнесколькими годами позже [3]. Были получены выражения для электромагнитного поля,возбуждаемого зарядом, движущимся равномерно и прямолинейно в изотропнойнегиротропной среде с частотной дисперсией, а также формула для потерь энергии наизлучение на единицу пройдённого зарядом пути (формула Тамма-Франка).
В 1958 году П. А.Черенкову, И. Е. Тамму и И. М. Франку была присуждена Нобелевская премия по физике заоткрытие и истолкование излучения, названного излучением Вавилова-Черенкова [4–6].Вслед за открытием нового эффекта, его изучением занялись многие выдающиеся физики.В частности, В. Л. Гинзбургом был рассмотрен случай анизотропной среды [7] и развитаквантовая теория эффекта [8]. Все те же И. Е.
Тамм и И. М. Франк в другой совместной работепопытались объяснить природу эффекта на микроскопическом уровне с классической точкизрения [9]. Магнитная проницаемость среды в задачах об излучении Вавилова-Черенковавпервые была учтена в работах А. Г. Ситенко [10], а также Д. Д. Иваненко иВ. Н. Цытовича [11]. За рубежом G. Collins и V.
Reiling экспериментально подтвердили идеиИ. Е. Тамма и И. М. Франка [12]. Знаменитый физик-теоретик E. Fermi также занимался новымявлением: он учёл поглощение в диэлектрике и изучил вопрос о влиянии поляризации среды наэнергетические потери заряда [13]. В трудах O. Halpern, H. Hall и R. M. Sternheimer [14–17]были рассмотрены среды с более сложными дисперсионными свойствами, активно развиваласьтеория эффекта в кристаллах и других анизотропных средах [18–25]. В монографияхИ. М. Франка [26], Дж. Джелли [27], В.
П. Зрелова [28], обзорах Б. М. Болотовского [29,30] иряде других изданий [31–33] представлены теоретические аспекты излучения ВавиловаЧеренкова, возникающего в различных ситуациях, как в безграничных, так и в ограниченныхсредах, а также описано множество применений этого эффекта. Одними из самых широкоиспользуемых изобретений, основанных на излучении Вавилова-Черенкова, стали датчикискорости заряженных частиц.Отметим, что большинство трудов по изучению эффекта Вавилова–Черенкова, ставятсвоей задачей нахождение энергетических характеристик излучения.
В то же время, структураэлектромагнитного поля частицы изучалась относительно редко. В этой связи можно отметить,например, работу самого И. Е. Тамма [34], где развивался асимптотический метод определениямаксимума поля, работы Г. Н. Афанасьева и В. Г. Картавенко [35,33], а также А. В. Тюхтина иС. Н. Галямина [36,37].В последние десятилетия исследования в области излучения Вавилова-Черенкова взначительной степени связаны с изучением и применением этого эффекта в волноводныхструктурах, содержащих диэлектрики. Впервые подобные задачи начали рассматриваться ещё всередине XX века [30].
Многие из современных теоретических и экспериментальных работпосвящены кильватерному методу ускорения заряженных частиц, в основе которого лежит идеяоб ускорении одного пучка в волновом поле другого, а также генерации излучения втерагерцовом диапазоне частот [38–48]. Можно отметить и новый метод определения энергии4пучков заряженных частиц по частотам возбуждаемых им волноводных мод, предложенный вработах [49–53].В последнее время уделяется также внимание излучению Вавилова-Черенкова вискусственных структурах, называемых метаматериалами. Они состоят из большого количествамакроскопических объектов, которые играют роль «молекул». При условии, что длинарассматриваемых волн значительно больше расстояния между этими объектами, структуруможно рассматривать как «среду», характеризуемую определёнными макропараметрами. Впервую очередь, эти исследования связаны с так называемыми «левыми» средами [54–57], вкоторых излучение Вавилова-Черенкова имеет «обратный» характер, то есть плотность потокаэнергии направлена под тупым углом к скорости движения заряда.Излучению в присутствии проволочных метаматериалов, которое рассматривается вовторой главе настоящей диссертации, посвящено лишь небольшое число работ [58–62].
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}
