虚阴极振荡激励高功率微波的数值模拟

【摘要】 用CIC方法编制了2 1/2维、全电磁、相对论性的粒子模拟程序,它用于模拟轴对称、冷相对论电子束注入波导管后形成虚阴极及其振荡激发高功率微波的过程。模拟时我们使用实心电子束。当注入束流超过真空极限电流时,虚阴极在阳极附近形成。如果束半径R₀》((γ₀（γ₀-1）^1/2/（γ₀+1）^1/2)c/ω_p,经t=2γ0^1/2/ω_P后虚阴极形成,其轴向距离即((γ₀（γ₀-1）^1/2/（γ₀+1）^1/2)c/ω_p。和ω_p为束电子的相对论因子和等离子体频率,I_c=17kA((γ₀^2/3-1)^3/2G（R₂w,R_o）)g（γ₀,G（R_w,R_o））,G（R_w,R_o）=1+21n（R_w/R_o）,g（γ₀,G（R_w,R_o））=γ₀^2/3·({[γ₀^2/3+G（R_w,R_o）]²-γ₀^2/3}^1/2-G（R_w,R_o）)^-1。束的边缘容易穿过虚阴极,对透射电流的贡献较大。虚阴极振荡的周期性较好,其角频率ω_v的界是ω_p/γ₀^1/2≤ω_v≤ω_p N_max^1/2/N₀^1/2。N_max是虚阴极区域内电子密度的最大值,它与模拟装置的几何尺寸和束的初始参量有关,N₀是注入束的初始密度。ω_v对B₀的依赖性不大,随着B₀的增大略有增加,适合（I₀/I_c）^1/4ω_p规律。I₀是注入束流强度。TM_on模式占居主导地位。微波辐射的平均功率正比于J₀²,J₀是注入束流密度。导向磁场B₀有助于提高束的质量和?更多还原