Транспортировка сильноточного трубчатого релятивистского электронного пучка в гибридном коаксиальном магнитном ондуляторе

Abstract

Сформулирована замкнутая система динамических уравнений, описывающая транспортировку пучка заряженных частиц в коаксиальной камере дрейфа в комбинированных конечном продольном однородном (ведущем) и периодическом ондуляторном магнитостатических полях. Получены выражения для усредненных по периоду ондулятора собственных электрических и магнитных полей пучка заряженных частиц в коаксиальной камере дрейфа с учетом продольной составляющей собственного магнитного поля пучка. Продемонстрировано, что ведущее магнитное поле может быть использовано для контроля положения пучка в поперечном сечении камеры дрейфа. Показано, что присутствие ведущего магнитного поля, необходимого для увеличения амплитуды поперечных осцилляций пучка и повышения выходной мощности в гибридном коаксиальном лазере/мазере на свободных электронах, одновременно приводит к ограничению допустимых транспортируемых токов.

Сформульовано замкнену систему динамічних рівнянь, що описує транспортування пучка заряджених частинок у коаксіальній камері дрейфу в комбінованих скінченому поздовжньому однорідному (ведучому) та періодичному ондуляторному магнітостатичних полях. Отримано вирази для усереднених за періодом ондулятора власних електричних і магнітних полів пучка заряджених частинок у коаксіальній камері дрейфу з урахуванням поздовжньої складової власного магнітного поля пучка. Продемонстровано, що ведуче магнітне поле може бути використане для контролю положення пучка в поперечному перерізі камери дрейфу. Показано, що присутність ведучого магнітного поля, необхідного для збільшення амплітуди поперечних осциляцій пучка та підвищення вихідної потужності в гібридному коаксіальному лазері/мазері на вільних електронах, одночасно призводить до обмеження граничних транспортуємих струмів.

We formulate the closed system of dynamic equations, which describes the transport of high-current charged-particle beam in a coaxial drifttube in combined longitudinal homogeneous (guide) and periodic undulator magnetostatic fields. The expressions for selfelectric and magnetic fields of charged-particle beam averaged over the undulator period are obtained. The longitudinal component of the total self-magnetic field is also taken into account. We show that the guide magnetic field can be used to control the position of high-current charged-particle beam in the transverse cross-section of the coaxial drifttube. It is also demonstrated that the presence of the guide magnetic field, which is usually considered necessary for an increase in the amplitude of the beam transverse oscillations and required for an enhancement of the output power in a hybrid coaxial free-electron laser/maser, also imposes a restrictive limit on the maximal value of the beam transmitted current.