Диссертация (1149874), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

Показывается, что пространственная структураполя волны не изменяется в ходе её распространения, а её анализ может дать информацию оразмерах и форме пучка. Рассчитываются потери энергии пучка на излучение на единицудлины пути (тормозящая сила). Показывается, что в типичных условиях потери, как правило,будут несущественны по сравнению с кинетической энергией пучка. Приводятся примерырасчётов компонент поля излучения и плотности потока энергии для различных пучков.В разделе 2.3.

рассматривается поле тонкого пучка, движущегося вдоль плоской границыполубесконечного метаматериала, проводники которого ортогональны границе. Приводятсявыражения для волнового поля в общем виде, а также в частных случаях «прямоугольного»пучка и точечного заряда. Продемонстрировано отличие поля излучения от случаябесконечного метаматериала.

Оно выражается, в частности, в том, что излучение10концентрируется вблизи некоторых линий, исходящих не из самого пучка, а из его проекции награницу метаматериала. Отмечается, что в случае движения пучка вдоль границыметаматериала амплитуда волнового поля убывает при удалении траектории пучка от границы.Отдельно рассматривается ситуация движения непосредственно по границе метаматериала, длякоторой приводятся точные аналитические выражения поля излучения, возбуждаемоготочечным зарядом.

Получены энергетические потери пучка на излучение на единице длиныпути, а также отклоняющая сила, действующая на пучок. Приводятся графики, показывающиераспределения поля излучения и плотности потока энергии.В заключении представлены основные результаты, полученные в диссертации.Положения, выносимые на защиту.1.В случае движения пучка заряженных частиц в присутствии безграничной илиполуограниченной планарной периодической структуры из параллельных проводниковперпендикулярно им показано следующее:а) нерасходящаяся часть поля излучения представляет собой набор поверхностных волн,которые возбуждаются при любой скорости пучка, распространяются вдоль проводовсо скоростью света в вакууме, а пространственное распределение их полей неизменяется в процессе распространения;б) в случае полуограниченной структуры всегда возбуждается поверхностная волна,распространяющаяся вдоль проводов от края структуры; ее поле убывает с ростомрасстояния от края до проекции пучка на плоскость, в которой расположена структура.Если пучок движется вдоль структуры, а его проекция попадает на полуплоскость,занятую проводами, то возбуждаются также другие поверхностные волны; одна из нихотражается от края структуры, причем электрическое и магнитное поля отражённойволны равны по модулю полям падающей волны, но повернуты на определенный угол;в) сила радиационного торможения при движении пучка вдоль планарной структурыпрямо пропорциональна его скорости, а также, в случае пучка с постояннойпродольной плотностью заряда, обратно пропорциональна линейной комбинацииквадратов длины пучка и расстояния до сетки;г)2.если пучок движется перпендикулярно неограниченной структуре, то возбуждаетсятакже объёмное излучение, максимум которого лежит в плоскости, параллельнойпроводам и содержащей траекторию пучка; в направлении проводов и в направлениидвижения пучка излучение отсутствует.

Если пучок движется мимо краяполуограниченной структуры перпендикулярно ей, то диаграмма направленностиизлучения асимметрична относительно траектории пучка; при этом имеется излучениев направлении движения пучка.В случае движения пучка заряженных частиц в бесконечном проволочном метаматериалеили вдоль его границы перпендикулярно проводам показано следующее:а) поле излучения является беспороговым по скорости пучка, распространяется вдольпроводов со скоростью света, концентрируется вблизи определённых прямых линий,исходящих из пучка и составляющих тупой угол с его скоростью. Пространственнаяструктура поля не изменяется в процессе распространения;11б) при движении пучка в вакууме вдоль границы полубесконечного метаматериалаволновое поле в нем концентрируется в окрестности определенных линий, исходящихиз проекции пучка на границу;в) сила радиационного торможения при движении пучка внутри метаматериала прямопропорциональна его скорости.

В случае движения пучка вдоль полуограниченногометаматериала имеется отклоняющая пучок сила, которая в ультрарелятивистскомпределе в два раза больше, чем тормозящая.3.Аналитические и численные результаты во всех рассмотренных задачах показывают, чтогенерируемое возмущение, как поверхностное, так и объемное, отражает размеры и формупучков частиц. При движении пучка вдоль плоской структуры или вдоль границыобъёмного метаматериала степень «размытости» получаемой картины волнового поляувеличивается с ростом расстояния от пучка до границы структуры.Научная новизна представленных в диссертации результатов заключается в следующем.Получены и исследованы аналитические выражения для электромагнитного поля пучказаряженных частиц с произвольным продольным распределением плотности заряда при егодвижении вдоль бесконечной или полубесконечной планарной структуры из параллельныхпроводников.

Описаны отличия поверхностных волн в задачах с неограниченной иполуограниченной структурами. Описан эффект отражения поверхностной волны от краяструктуры. Получены потери энергии пучка на излучение при движении вдоль бесконечнойструктуры.Получены и исследованы аналитические выражения для электромагнитного поля пучка спроизвольным продольным распределением плотности заряда при его движенииперпендикулярно бесконечной или полубесконечной планарной структуре из параллельныхпроводников. Описаны отличия поверхностных волн и объёмного излучения в задачах снеограниченной и полуограниченной планарными структурами.Получены и исследованы аналитические выражения для электромагнитного поля пучка спроизвольным продольным распределением плотности заряда при его движении внутринеограниченного проволочного метаматериала или вдоль границы такого метаматериала.Описаны свойства поля излучения.

Продемонстрировано, что излучение являетсянерасходящимся и беспороговым по скорости. Аналитически получены потери энергии пучкана излучение, а также величина отклоняющей силы при движении пучка вдоль границыметаматериала.Во всех рассмотренных задачах проведены численные расчёты полей излучения.Продемонстрирована возможность использования полей поверхностных волн (на планарныхструктурах) или объёмного излучения (в проволочном метаматериале) для определенияразмеров и формы пучка.Научная значимость полученных результатов заключается в аналитическом ичисленном исследовании процессов излучения пучков частиц конечного размера в описанныхвыше условиях.В этой связи можно выделить: описание поверхностных волн на планарных периодических структурах, какнеограниченных, так и имеющих край, при движении пучка вдоль структуры иперпендикулярно ей;12описаниенерасходящегосябеспороговогоизлученияВавилова-Черенковавнеограниченном или полуограниченном проволочном метаматериале;получение выражений для потерь энергии пучка в ряде рассмотренных ситуаций;демонстрацию характерных особенностей излучения с помощью ряда численных расчётовкак для планарных, так и для объёмных структур.Практическая значимость полученных результатов обусловлена возможностьюразвития нового метода диагностики пучков заряженных частиц при помощи периодическихпроволочных структур.

Полученные в работе результаты показывают, что как планарные, так иобъёмные системы из протяжённых проводников позволяют генерировать поля излучения,пространственные распределения которых содержат информацию о длине пучка. Более того, пообъёмному излучению в метаматериале можно определять и поперечные размеры пучка.Преимуществом данного метода является то, что он является неразрушающим по отношению кпучку.

Кроме того можно отметить, что полученные в работе результаты могут бытьиспользованы для расчётов полей зарядов произвольной формы с помощью алгоритмов,основанных на аналитическом решении уравнений Максвелла, без затраты большогоколичества вычислительных ресурсов.Достоверностьполученныхрезультатовобеспечиваетсяпоследовательнымприменением строгих аналитических методов, разработанных в электродинамике, теориифункции комплексного переменного и математической физике, а также совпадениемрезультатов диссертации с известными из литературы частными случаями.Личный вклад автора. Содержание диссертации отражает персональный вклад автора впроведённые исследования. Во всех случаях автор диссертации принимал активное участие впостановке задач, выборе методов исследования и анализе полученных результатов (совместнос научным руководителем).

Вклад автора в процесс получения всех основных результатовдиссертации был определяющим.Публикации. По результатам диссертации опубликовано 14 работ [105–118]. Основныенаучные результаты отражены в 5 статях в международных журналах, входящих в базы данных«Web of Science» и «Scopus» [105–109]. Результаты исследований излагались также в рядеполнотекстовых докладов [110–115] и тезисов докладов [116–118] ведущих в своей областимеждународных и российских конференций.Апробация работы. Доклады по результатам, описанным в диссертации, представлялисьна XV Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков (Санкт-Петербург,2011) [114], Региональной XX конференции по распространению радиоволн (Санкт-Петербург,2014) [115], ведущей ежегодной международной конференции по физике ускорителей«International Particle Accelerator Conference» в 2012–2015 годах (Новый Орлеан, США, 2012;Шанхай, Китай, 2013; Дрезден, Германия, 2014; Ричмонд, США, 2015) [110–113],международной конференции «Days on Diffraction» в 2012 и 2013 годах (Санкт-Петербург) [116,117], международном семинаре «IV Mini-workshop for Advanced Generation of THz and ComptonX-ray Beams using compact electron accelerators» (Санкт-Петербург, Россия, 2014), а также на IXи XI международных симпозиумах «Radiation from Relativistic Electrons in Periodic Structures»(Лондон, Великобритания, 2011; Санкт-Петербург, Россия, 2015) [106,118].

Характеристики

Список файлов диссертации