Динамика - виртуальный катод
Cтраница 1
Динамика виртуального катода в этом режиме качественно подобна динамике виртуального катода в диоде Пирса при том же значении тока пучка а. Однако колебания виртуального катода демонстрируют более сложную динамику, что связано со взаимодействием через поле пространственного заряда электронной структуры ( виртуального катода), имеющей характерный временной масштаб динамики порядка плазменного периода - 2тг / и р, и вихревой структуры в потоке ионов, временной масштаб динамики которой существенно больше. [1]
Динамика виртуального катода в этом режиме качественно подобна динамике виртуального катода в диоде Пирса при том же значении тока пучка а. Однако колебания виртуального катода демонстрируют более сложную динамику, что связано со взаимодействием через поле пространственного заряда электронной структуры ( виртуального катода), имеющей характерный временной масштаб динамики порядка плазменного периода - 2тг / и р, и вихревой структуры в потоке ионов, временной масштаб динамики которой существенно больше. [2]
Рассмотрим влияние неоднородности неподвижного ионного фона, заполняющего диодный промежуток, на динамику виртуального катода. Будем исследовать динамику пучка с плотностью пространственного заряда PQ По е, инжектируемого со скоростью VQ в диодный промежуток, образованный двумя плоскими электродами с одинаковыми потенциалами, находящимися на расстоянии L друг от друга. [3]
 |
Частота колебаний виртуального катода как функция плотности. [4] |
Поэтому, для увеличения частоты генерации в системе с виртуальным катодом необходимо увеличивать плазменную частоту пучка ир и уменьшать влияние ионного фона на динамику виртуального катода. [5]
Из рис. 5.17 также видно, что при а 3 зависимость XEK ( Q) имеет другой вид. Такой характер зависимости связан не с динамикой виртуального катода, а с процессами в пролетном потоке. Анализ физических процессов в пучке показывает, что вид зависимостей ЖБК () при малом а от начала формирования виртуального катода до начала интенсивного сброса из него заряда ( момента достижения максимума величины Q) полностью совпадает с соответствующей зависимостью при большем а, т.е. динамика виртуального катода полностью идентична в обоих случаях. Но при малом а в момент, когда наблюдается резкое уменьшение величины потенциального барьера, в системе наблюдается большое число пролетных частиц. При этом в пролетном потоке имеет место группировка заряженных частиц в быстро меняющемся тормозящем поле виртуального катода. [6]
Из рисунка видно, что на каждом периоде колебаний в системе за счет кинематической неустойчивости в пролетном потоке возникает вторичный электронный сгусток, от которого отражается часть электронов. Отраженные от вторичного сгустка электроны, возвращаясь обратно к плоскости инжекции в момент времени, когда начинается формирование виртуального катода на следующем периоде колебаний, возмущают начальное состояние и тем самым приводят к усложнению динамики виртуального катода. В системе возникает запаздывающая обратная связь по пучку, что, как хорошо известно [63,64], приводит к хаотизации колебаний в системе. [8]
Как следствие этого последние догоняют частицы, которые влетели раньше, что приводит к образованию вторичного электроного сгустка в пространстве взаимодействия. Это приводит к тому, что в области малых Q зависимость жвк ( 3) меняет свой наклон на противоположный. Однако это связано не с динамикой виртуального катода, как единого целого, а с эффектами в пролетном потоке, которые не оказывают влияния на поведение электронного потока вблизи плоскости инжекции, а следовательно, и на колебания виртуального катода. Действительно, временной интервал, когда наблюдается пролетный ток, можно рассматривать как время, когда виртуальный катод в потоке не существует. [10]
Поэтому на больших временах после начала развития неустойчивости, заканчивающейся формированием виртуального катода, в пролетном промежутке возможно существенное возмущение первоночально неподвижных равномерно распределенных в пространстве тяжелых ионов. При этом, учитывая, что поля, создаваемые виртуальным катодом, велики, можно ожидать ускорения ионов до значительных энергий. Pi ( x), как следует из выводов предыдущего раздела лекции, приведет к изменению характера динамики виртуального катода. [11]
Из рис. 5.17 также видно, что при а 3 зависимость XEK ( Q) имеет другой вид. Такой характер зависимости связан не с динамикой виртуального катода, а с процессами в пролетном потоке. Анализ физических процессов в пучке показывает, что вид зависимостей ЖБК () при малом а от начала формирования виртуального катода до начала интенсивного сброса из него заряда ( момента достижения максимума величины Q) полностью совпадает с соответствующей зависимостью при большем а, т.е. динамика виртуального катода полностью идентична в обоих случаях. Но при малом а в момент, когда наблюдается резкое уменьшение величины потенциального барьера, в системе наблюдается большое число пролетных частиц. При этом в пролетном потоке имеет место группировка заряженных частиц в быстро меняющемся тормозящем поле виртуального катода. [12]
 |
Зависимость максимальной плотности положительного заряда ионов от времени для параметра Пирса ск 1 57гип 1. [13] |
Усложнение колебаний связано с динамикой ионов в поле виртуального катода. Рассмотрим ее более подробно. В течение начального промежутка времени t 20 0 имеет место пространственно-временное поведение системы, практически точно совпадающее с динамикой пучка в неподвижном ионном фоне. Распределение плотности положительного ионного фона на этом этапе возмущено слабо, и динамика виртуального катода подобна динамике в диоде Пирса. Однако с течением времени плотность ионов в области виртуального катода растет. Именно формированием плотного ионного слоя объясняется увеличение частоты и уменьшение амплитуды колебаний потенциала в междусеточном пространстве на данном этапе развития процессов в диоде с подвижным ионным фоном. [14]
 |
Пространственно-временные диаграммы электронного потока в одном из виртодов для случая синхронизации ( а и развитого хаоса ( б. [15] |
Страницы: 1 2