Рассмотрены электромагнитные свойства плотных электронных пучков применительно к проблемам транспортировки энергии, их релаксации в плазме, усиления и генерации электромагнитного излучения в плазменной и вакуумной СВЧ-электронике. Изложены линейные и нелинейные аспекты взаимодействия пучков с электромагнитными волнами в плазме, волноводах, ондуляторах. Построена теория плазменных генераторов электромагнитного излучения на электронных пучках.

Для научных работников и инженеров, работающих в области электродинамики плазмы и физической электроники, а также аспирантов и студентов радиофизических отделений вузов, специализирующихся в этих областях.

Табл. 4. Ил. 105. Библиогр.: 236 назв.

В последние десятилетия в связи с успехами высоковольтной импульсной техники и техники формирования мощных релятивистских электронных и ионных пучков вновь возродилась и начала бурно развиваться плазменная электроника. В настоящее время плазменная электроника охватывает очень широкий круг как чисто научных, так и прикладных проблем. Прежде всего предметом плазменной электроники является изучение новых методов получения сильноточных пучков электронов и ионов, плазменных обострителей напряжения, пучкового возбуждения и ионизации газов, пучкового пробоя и плазменно-пучкового разряда, нейтрализации пространственного заряда и тока пучков, устойчивости их транспортировки. Предметом плазменной электроники является также исследование коллективных процессов релаксации пучков заряженных частиц в плазме и нагрева плазмы до высоких, термоядерных температур. Плазменная электроника изучает и коллективные методы ускорения заряженных частиц, и ускорение ионов плазменными и электромагнитными полями, возбуждаемыми плотными электронными пучками.

Особое место в плазменной электронике занимает проблема электромагнитного взаимодействия электронных пучков с плазмой, пучковая неустойчивость и вынужденное излучение пучков в плазме. Эта проблема имеет огромное прикладное значение, поскольку она открывает возможность прямого преобразования направленной энергии электронных пучков в энергию когерентного электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн, начиная от дециметрового диапазона и вплоть до оптического и даже рентгеновского диапазонов. Учитывая огромные мощности импульсных электронных пучков, осваиваемых в плазменной электронике, есть все основания считать, что плазменные сильноточные источники электромагнитного излучения окажутся рекордными по мощности.

В настоящей книге изложены основы электродинамики плотных электронных пучков в плазме. В ней последовательно изучены физические механизмы электромагнитного взаимодействия электронных пучков с плазмой, приводящие к развитию излучательных плазменно-пучковых неустойчивостей. Эти неустойчивости сопровождаются преобразованием энергии электронных пучков в энергию электромагнитного излучения, которая либо релаксирует в плазме, либо излучается из плазмы. Оба этих процесса представляют прикладной интерес либо для нагрева плазмы возбуждаемыми пучком электромагнитными полями, либо для создания мощных источников когерентного электромагнитного излучения. Именно под таким углом зрения изложен основной материал книги. Лишь последняя глава посвящена теории наиболее опасных неизлучательных пучковых неустойчивостей, которые играют важную роль при реализации плазменных усилителей и генераторов электромагнитного излучения на сильноточных электронных пучках.

Значительное место в книге отведено изложению теории вынужденного излучения электронных пучков в системах без плазменного заполнения — диэлектрических волноводах, ондуляторах, системах с внешней электромагнитной накачкой или внешним статическим магнитным полем. Обсуждаются также основы общей теории релаксации электронных пучков, излучающих в электродинамических системах (как плазменных, так и вакуумных) достаточно общего вида.

Естественно, книга не может претендовать на исчерпывающую полноту излагаемого теоретического материала. Такая полнота в настоящее время вряд ли и возможна. Плазменная электроника является сравнительно новой областью физики плазмы, для которой характерно обилие нерешённых, а подчас и не до конца сформулированных проблем. Поэтому мы надеемся, что наша книга окажется полезной физикам, работающим на «переднем крае» плазменной электроники и электродинамики пучков заряженных частиц.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Волны в магнитоактивной плазме. — 2-е изд., перераб., Гинзбург В. Л., Рухадзе А. А., 1975
2. Основы электродинамики плазмы: Учебник для физических специальностей университетов. — 2-е изд., перераб. и доп., Александров А. Ф., Богданкевич Л. С., Рухадзе А. А., 1988
3. Теория нелинейных явлений в приборах сверхвысоких частот, Роу Д. Е., 1969
4. Замедляющие системы, Тараненко З. И., Трохименко Я. К., 1965
5. Плазменные источники электронов, Крейндель Ю. Е., 1977
6. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 5, Шафранов В. Д., ред., 1984
7. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 3, Шафранов В. Д., ред., 1982
8. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 2, Шафранов В. Д., ред., 1981
9. Химия плазмы. Вып. 3, Смирнов Б. М., ред., 1976
10. Вопросы теории плазмы. Выпуск 7, Леонтович М. А., ред., 1973
11. Вопросы теории плазмы. Выпуск 8, Леонтович М. А., ред., 1974
12. Вопросы теории плазмы. Выпуск 9, Михайловский А. Б., ред., 1979
13. Известия высших учебных заведений. Радиофизика: Нелинейные волны, 1976
14. Ускорители заряженных частиц, Воробьёв А. А., 1949