Динамика коротких сильноточных электронного и ионного сгустков в магнитном поле остроугольной геометрии: 2,5-мерное численное моделирование

Abstract

Приведены результаты численного моделирования методом макрочастиц в рамках полной системы уравнений Власова-Максвелла, динамики коротких сильноточных трубчатых электронного и ионного сгустков в магнитном поле остроугольной геометрии. Показано, что для центральной части ионного сгустка самосогласованные электрические и магнитные поля, обеспечивающие дрейф компенсирующих электронов, существенно не искажаются по-сравнению со случаем бесконечного компенсированного ионного пучка. Показано также, что при прохождении середины каспа одна часть компенсирующего электронного сгустка остается в левой половине каспа, а другая дрейфует в его правую половину в самосогласованных электрических и магнитных полях. Изучена дополнительная компенсация объемного заряда ионного сгустка с помощью генерации тепловых электронов в пространстве дрейфа. Продемонстрирована возможность улучшения транспортировки ионного сгустка благодаря частичной компенсации объемного заряда тепловыми электронами.

The particle in cell simulation results, within the limits of the complete set of the Maxwell-Vlasov equations, of the short high-current tubular electron and ion bunches dynamics in the peaked fence magnetic field are presented. It is shown that for the central part of an ion bunch the self-consistent electric and the magnetic fields providing compensating electrons drift, essentially aren't deformed on-comparison with a case of the infinite ion beam. It is shown also that at passage of the middle of the cusp one part of the compensating electronic bunch remains in the left half of the cusp, and another drifts in its right half in self-consistent fields. Additional compensation of the ion bunch space charge by means of thermal electrons generation in the drift space is studied. Possibility of the ion bunch transportation improvement due to partial compensation of the ion bunch space charge by means of thermal electrons is shown.

Наведено результати чисельного моделювання в рамках повної системи рівнянь Власова-Максвелла, динаміки коротких сильнострумових трубчастих електронного та іонного згустків у магнітному полі гострокутової геометрії. Показано, що для центральної частини іонного згустка самоузгоджені електричні і магнітні поля, що забезпечують дрейф компенсуючих електронів, істотно не спотворюються у порівнянні з випадком нескінченного іонного пучка. Показано також, що при проходженні середини каспа одна частина компенсуючого електронного згустка залишається в лівій половині каспа, а інша дрейфує в його праву половину в самоузгоджених електричних та магнітних полях. Досліджено додаткову компенсацію об'ємного заряду іонного згустка за допомогою генерації теплових електронів у просторі дрейфу. Продемонстровано можливість поліпшення його транспортування завдяки частковій компенсації об'ємного заряду тепловими електронами.