Досліджено взаємодію тонкого модульованого електронного пучка з однорідною та неоднорідною плазмою шляхом моделювання за методом макрочастинок у плоскій двовимірній геометрії. Встановлено, що в докритичній плазмі згустки електронів розширюються у поздовжньому та поперечному напрямках, а у закритичній плазмі вони стискаються. В однорідній і неоднорідній плазмі модульованим пучком збуджуються коливання на локальній частоті черенковського резонансу, які суттєво впливають на динаміку пучка. Вивчено стадії електронної та іонної нелінійності, спостережені в області локального плазмового резонансу (ОЛПР) і супроводжені збудженням високочастотного електричного поля в ОЛПР, формуванням амбіполярного електричного поля та деформацією початкового профілю коцентрації плазми. Показано, що поперечна компонента електричного поля, збуджуваного радіально обмеженим пучком, відіграє за цього значну роль. Установлено, що на пізній стадії взаємодії від ОЛПР вглиб плазми поширюється кільцеподібний іонно-звуковий імпульс, швидкість якого залежить від його амплітуди. Електричне поле на пізній стадії взаємодії існує у вигляді окремих збурень з характерним розміром - половиною довжини ленгмюрівської хвилі.

Вивчено питання взаємодії та поширення хвиль у магнітосферах пульсарів і системах із плазмово-пучковою нестійкістю (ППН). Розглянуто процеси лінійної трансформації, індукованого розсіювання та трихвильової взаємодії хвиль у магнітосферах пульсарів. Розраховано їх вплив на можливість виходу випромінювання назовні. Досліджено вплив різноманітних типів неоднорідностей плазми на розвиток пучкової нестійкості. Розглянуто великомасштабні неоднорідності (ВКБ наближення) та дрібномасштабні осциляторні неоднорідності. Описано поводження хвиль у разі проходження точки повороту на межі області ППН і розвиток ППН у періодично неоднорідній плазмі. Розв'язано задачу про самоузгоджену взаємодію хвиль і неоднорідностей в обмеженій системі в ППН (наприклад, НВЧ-підсилювачі), в якій виявлено виникнення розподіленого зворотного зв'язку і, як наслідок, - робота системи в автомодуляційному режимі.

  Скачати повний текст

Теоретично досліджено нелінійні процеси в плазмовій лінзі (ПЛ), яка використовується як пристрій, що керує пучками іонів. Розглянуто градієнтні нестійкості, притаманні плазмооптичним пристроям: дрейфову, обумовлену простровою неоднорідністю магнітного поля в плазмооптичному середовищі плазмової лінзи; поздовжню, обумовлену поздовжньою керуючого електричного поля вздовж розповсюдження компенсованого іонного пучка. Вивчено умови оптимального проходження компенсованого іонного пучка у ПЛ та у разі його подальшого транспортування. Визначено, що прострова неоднорідність магнітного поля призводить до появи у плазмовому середовищі лінзи стійких вихорових структур, розмір яких є порівняльним з розміром лінзи, оцінено швидкість переміщення та частоту обертання вихорів. Показано, що їх частота значно більша у порівнянні з частотою початкового азимутального збурення. Одержано диференціальне рівняння, яке описує просторову еволюцію малих збурень змінної густини струму пучка на будь-якій частоті з урахуванням неоднорідності густини пучка та плазми вздовж напрямку розповсюдження пучка, а також його аналітичні та числові розв'язки для конкретних прикладів, що близькі до експериментальних. Розглянуто умови виводу компенсованого іонного пучка на квазібриллюенівську орбіту та продемонстровано ефективність використання ПЛ з метою проведення дослідження.

Теоретично досліджено перехідне випромінювання (ПВ) за умов, що виникають під час проведення космічних пучково-плазмових експериментів. Розглянуто власні та квазівласні хвилі різкої межі вакуум-анізотропна плазма та перехідне випромінювання на цій межі. Досліджено різні механізми ПВ вістлерів у разі інжекції модульованого електронного пучка в іоносферну плазму, зокрема, можливості резонансного перехідного випромінювання вістлерів. Визначено особливості ПВ від фронтів електронного пучка, а також просторову селекцію цього випромінювання за частотами.

Експериментально показано, що збільшення параметрів іонних пучків можливе у ході формування та прискорення їх у плазмі індукційними електричними полями з використанням магнітного поля гострокутної геометрії - магнітного "каспу". Доведено, що в електронних прискорювачах прямої дії важливим є питання узгодження розряду генератора імпульсних напруг на нелінійне навантаження - вакуумний діод з холодним вибухово-емісійним катодом. Показано, що існує вузький діапазон параметрів джерела живлення та вакуумного діода, за яких можлива ефективна передача енергії від джерела в енергію пучка. Встановлено ряд нових ефектів і закономірностей у процесі взаємодії даних пучків з плазмою, твердим тілом і рідиною. Зазначено, що позитивно заряджені краплі можуть сприяти збудженню нових ектонів у сильнострумовому вакуумному розряді. Зареєстровано формування сильнострумового електронного мікросекундного пучка у каналі потужного дугового розряду атмосферного тиску у результаті впливу додаткового імпульсу високої напруги. Експериментально підтверджено основні положення теорії тривимірної релаксації електронних та іонних пучків у плазмі. Ідентифіковано типи коливань, які призводять до тривимірної релаксації - косі плазмові коливання. Здійснено збудження акустичних структур - резонаторів і хвилеводів пучками заряджених частинок, встановлено механізми їх збудження. Запропоновано новий спосіб генерування інтенсивних низькочастотних гідроакустичних імпульсів, які грунтуються на інжекції потужних потоків заряджених частинок у рідину.

  Скачати повний текст

Дисертацію присвячено проблемі розвитку динамічного хаосу в плазмових і пучкових системах під час взаємодій типу хвиля - хвиля та хвиля - частинка. Одержано критерій розвитку динамічного хаосу під час слабонелінійної взаємодії хвиль. Показано, що модифікований розпад є стохастично нестійким. Продемонстровано можливість керування функцією розподілу заряджених частинок за енергіями за умов розвинутого динамічного хаосу у разі взаємодії типу хвиля - частинка. Знайдено умови "необмеженого" стохастичного прискорення заряджених частинок полем регулярної електромагнітної хвилі у зовнішньому магнітному полі. Показано, що у разі авторезонансу стохастична нестійкість не розвивається. Досліджено збудження коливань у короткому резонаторі повільних хвиль електронним пучком, а також стохастизацією коливань в замагніченому пучково-плазмовому хвилеводі під дією зовнішнього монохроматичного поля.

З'ясовано закономірності вторинної генерації електронів, що тікають, як фундаментального фізичного явища. Розроблено теоретичну базу для інтерпретації експериментів з даними електронами вторинної генерації на основі аналізу їх синхротронного випромінювання. Наведено результати експерименту щодо вивчення можливостей активного керування лавиною вказаних електронів вторинної генерації, яка утворилась на квазістаціонарній фазі розряду в токамаки TEXTOR, показано добре узгодження експериментальних даних з теоретичними розробками. Встановлено, що зміни в поведінці магнітних силових ліній (перемикання магнітних силових ліній, утворення ергодичних шарів, або силових ліній, які виходять з об'єму утримання) миттєво відображаються на утриманні данних електронів. Розв'язано задачі, в яких зазначені електрони вторинної генерації використовуються для діагностики плазми. Вивчено питання стійкості електронного релятивістського пучка малої густини у плазмі. Розглянуто вплив ефекту захоплення резонансних частинок хвилею на збудження та поглинання хвиль у плазмі у магнітному полі.

Вивчено характеристики плазмової лінзи (ПЛ) за умов роботи з інтенсивними пучками важких іонів. Завдяки зменшенню моментних і мінімізації сферичних і динамічних аберацій ПЛ досягнуто коефіцієнтів стиснення іонного пучка у фокусі, які значно перевищили раніше одержані значення під час роботи з пучками більш легких іонів водню. На базі моделі двокомпонентного квазінейтрального плазмового середовища лінзи з аномальною дифузією електронів зроблено оцінку максимально досяжної напруженості статичного керуючого електричного поля лінзи. Визначено умови збудження в ПЛ пучково-дрейфової нестійкості, обумовленої радіальним градієнтом напруженості магнітного поля, а також її вплив на фокусування іонного пучка. Знайдено інтегральні та дисперсійні характеристики коливань у взаємозв'язку з вказаною нестійкістю, визначено їх інкременти та частоти. Показано, що інкремент збудження таких коливань максимальний за мінімальних значень аксіального хвильового числа. Уперше в діапазоні слабких магнітних полів виявлено радикальне заглушення колективних процесів у ПЛ. У такому разі зменшуються сферичні та динамічні аберації, суттєво покращуються фокусуючі властивості лінзи. З метою пояснення покращення фокусуючих властивостей лінзи в діапазоні слабких магнітних полів запропоновано модель самоорганізації плазмового середовища, за якої у лінзі встановлено ізодрейфове обертання електронної хмари навколо її осі та немає підстав для розвитку в ній пучково-дрейфової нестійкості.