Теоретично розраховано перехідне випромінювання модульованого електронного пучка, який інжектується у плазму з дипольними пиловими частинками. Обчислено діаграму напрямленості та повну потужність випромінювання для типових параметрів експерименту.

Запропоновано схему побудови плазмового підсилювача з прямим випромінюванням, в якому енергія підсилених коливань виводиться назовні за рахунок перехідного випромінювання на межі плазми, утримуваної постійним магнітним полем. З цією метою пучок, що вводиться в плазмовий стовп, утримуваний поздовжнім магнітним полем, робиться дещо дефокусованим. Параксіальні електрони пучка забезпечують плазмово-пучкову взаємодію та підсилення. Дефокусовані периферійні електрони, промодульовані утворюваним у системі високочастотним полем, рухаються по спіральних траєкторіях. Таким чином, вони періодично входять у плазмовий стовп і виходять з нього, щоразу збуджуючи перехідне випромінювання. Останнє може забезпечити досить велику ефективність перетворення пучкових мод в електромагнітні хвилі.

Розраховано перехідне випромінювання модульованого електронного потоку, що рухається вздовж градієнта концентрації плоскошаруватої слабконеоднорідної холодної плазми в сильному магнітному полі, що також спрямоване вздовж градієнта концентрації плазми. Показано, що величина випромінювання визначається переважно внесками від областей локальних плазмового та черенковського резонансів і суттєво залежить від напрямку руху електронного потоку.

За допомогою методу крупних частинок досліджено взаємодію тонкого модульованого електронного пучка із однорідною плазмою в двовимірній геометрії. Розглянуто випадки докритичної, закритичної плазми та резонансної взаємодії. Показано, що разом із ефектами стиснення-розширення пучка у поздовжньому напрямку такі ж ефекти є наявними і у поперечному напрямку. Виявлено, що в досліджуваній системі за черенковським механізмом збуджується ленгмюрівська хвиля, а також проаналізовано її вплив на динаміку електронів пучка. У випадку взаємодії тонкого модульованого пучка із резонансною плазмою спостережено швидке збудження електростатичної хвилі великої амплітуди та нелінійні баунс-коливання електронів пучка в околах мінімумів потенціалу цієї хвилі.

Досліджено еволюцію модульованого електронного пучка в плазмі у різних режимах плазмово-пучкової турбулентності за допомогою комп'ютерного моделювання з використанням методу частинок у комірці. У процесі моделювання одержано діапазони густини струму пучка, що відповідають кожному з режимів плазмово-пучкової турбулентності. Досліджено особливості взаємодії нерезонансної (на частоті модуляції) та резонансної нестійкостей у різних режимах плазмово-пучкової турбулентності. У режимі сильної турбулентності спостережено розвиток модуляційної нестійкості. У режимі надсильної турбулентності одержано ефект квазіперіодичного просвітлення плазми для електронного пучка.

Для пояснення багатосупутникових вимірювань CLUSTER та WIND запропоновано модель перехідного випромінювання релятивістського електрона, що дрейфує через область міжпланетної ударної хвилі. Одержано хвильове рівняння для поздовжньої компоненти вектор-потенціалу. Наведено діаграми напрямленості фур'є-гармоніки вектора Пойнтінга. Обговорено властивості випромінювання, що виникає в такій системі.

Dynamics of an electron bunch with initially rectangular density profile injected into plasma is studied in a 1D model using the PIC method. The dependences of the maximal beam density and the maximal amplitude of a wake wave field on the model parameters (plasma density and temperature, beam density, velocity, and duration) are obtained and interpreted. The deformation index as a qualitative characteristic of a deformation of the bunch initial density profile is proposed, and its dependence on the model parameters is studied.

За допомогою методу комп'ютерного моделювання досліджено еволюцію нерелятивістського модульованого електронного пучка, що рухається крізь бар'єр неоднорідної плазми. Динаміку модульованого електронного пучка в бар'єрі проаналізовано залежно від інкременту плазмово-пучкової нестійкості, що визначається густиною електронного пучка. Одержані результати обговорено у контексті експериментальних робіт в цій області.

Розглянуто можливість діагностики плазмової неоднорідності за перехідним випромінюванням електронного згустка з трикутним профілем концентрації густини струму. Розрахунок виконано в наближенні заданого струму, оскільки для такого згустка вплив збуджених ним кільватерних хвиль на його динаміку є незначним. Підтверджено можливість застосування запропонованого методу діагностики неоднорідної плазми та визначено межі його застосовності.

Розглянуто можливість діагностики плазмової неоднорідності за перехідним випромінюванням електронного згустку з трикутним профілем концентрації. Проведено комп'ютерне моделювання для дослідження динаміки трикутного згустку в однорідній плазмі. Розрахунок перехідного випромінювання виконано в наближенні заданого струму, оскільки для такого згустку вплив збуджених ним кільватерних хвиль на його динаміку є незначним. Підтверджено можливість застосування запропонованого методу діагностики неоднорідної плазми та визначено межі його застосовності.

Шляхом комп'ютерного моделювання показано, що на початковій стадії розвитку плазмово-пучкової нестійкості в області, де досягається максимум інтенсивності високочастотного поля, формується потік електронів фонової плазми, спрямований назустріч електронному пучку. Виникнення цього потоку пов'язується з початковим етапом деформації профілю концентрації плазми під впливом тиску неоднорідного високочастотного електричного поля.

Наведено аналітичні оцінки та результати числових розрахунків взаємодії неоднорідної ізотермічної плазми з модульованим електронним пучком. Показано, що на пізніх стадіях взаємодії в області, де первісно існувала точка локального плазмового резонансу, формується розмитий стрибок концентрації плазми. За великих амплітуд густини струму пучка стрибок починає рухатися в бік щільної плазми.

Досліджено початкову стадію розвитку плазмово-пучкового розряду (ППР) у гелії шляхом одновимірного комп'ютерного моделювання за допомогою методу макрочастинок. Залежно від густини струму пучка та тиску газу у системі виявлено три характерних режими: відсутність загоряння розряду; запалювання розряду, що не супроводжується помітним зростанням густини плазми "регулярний" режим ППР, що супроводжується суттєвим зростанням густини фонової плазми.

Досліджено вплив поздовжнього магнітного поля на розбухання електронного згустку у вакуумі. Аналітична оцінка просторової залежності радіуса згустку порівнюється з результатами моделювання методом макрочастинок у комірках. У разі великих магнітних полів і малих густин згустків результати аналітичного розрахунку та моделювання добре узгоджуються між собою. Досліджено динаміку релятивістських згустків.