Numerical simulation of processes in supercritical electron beam at the presence of plasma

Abstract

The first main results of creation of the numerical electromagnetic code "SOM" for research of a virtual cathode at the presence of plasma are presented. The obtained results are the part of the project № 1569 «Development of the collective ion accelerator, based on plasma vircator and periodic magnetic field », performed by agreement with Science and Technology Center of Ukraine. The description of algorithm of a numerical simulation of the virtual cathode in the cylindrical drift chamber is adduced. The implementation of algorithm is carried out by the way of complex of the programs in C++ language. The numerical calculations are made for the upgraded experimental installation "«Agate". It is shown, that at joint injection of a high-current relativistic electron beam (Ub = 280 keV, Ib = 4,6 kA) and low-energy, low-current an ion flux in the drift chamber the ion virtual cathode arises, which is pulses periodically. The pulsation frequency makes for 300 MHz hydrogen and 100 MHz for ions of nitrogen. It leads to low frequency time modulation of an output current.

Представлено перші основні результати створення чисельного електромагнітного коду "СОМ" для дослідження віртуального катода в присутності плазми. Отримані результати є частиною виконання проекту № 1569 "Розробка колективного прискорювача іонів, заснованого на плазмовому віркаторі і періодичному магнітному полі", виконуваного за договором з Науково-Технологічним Центром України. Приведено опис алгоритму чисельного моделювання віртуального катода в циліндричній камері дрейфу. Реалізація алгоритму виконана за допомогою комплексу програм мовою C++. Чисельні розрахунки зроблені для модернізованої експериментальної установки "Агат". Показано, що при спільній інжекції сильнострумового релятивістського електронного пучка (Ub = 280 кэВ, Ib = 4,6 кА) і низькоенергетичного слабкострумового іонного пучка в камеру дрейфу виникає іонний віртуальний катод, що періодично пульсує. Частота пульсації складає 300 МГц для водню і 100 МГц для іонів азоту. Це приводить до низькочастотної модуляції в часі вихідного струму електронного пучка.

Представлены первые основные результаты создания численного электромагнитного кода "СОМ" для исследования виртуального катода в присутствие плазмы. Полученные результаты являются частью выполнения проекта № 1569 "Разработка коллективного ускорителя ионов, основанного на плазменном виркаторе и периодическом магнитном поле", выполняемого по договору с Научно-Технологическим Центром Украины. Приведено описание алгоритма численного моделирования виртуального катода в цилиндрической камере дрейфа. Реализация алгоритма выполнена посредством комплекса программ на языке C++. Численные расчеты сделаны для модернизированной экспериментальной установки "Агат". Показано, что при совместной инжекции сильноточного релятивистского электронного пучка (Ub = 280 кэВ, Ib = 4,6 кА) и низкоэнергетического, слаботочного ионного пучка в камеру дрейфа возникает ионный виртуальный катод, который периодически пульсирует. Частота пульсации составляет 300 МГц для водорода и 100 МГц для ионов азота. Это приводит к низкочастотной модуляции во времени выходного тока электронного пучка.