Radiation electronics

Article is review of works on nonequilibrium electron distribution function formation at a presence of sources and sinks in momentum space. The analitical investigations and numerical simulation of the nonlineat collision integrals of Boltzmann and Landau-Fokker-Planck has been considered. The experimental study results of nonequilibrium electron distribution function formation in solid plasma at its irradiation by electromagnetic radiation or charged particles flows have been implemented. New type of radioisotope source of current based on others physical prince-ples was proposed.Огляд робіт по формуванню нерівноважних функцій розподілу електронів дії джерела та стоку у імпульсному просторі. Розглянуті як аналітичні дослідження, так і чисельне моделювання нелінійних інтегралів зіткнень Больцмана та Ландау-Фоккера–Планка. Наведені результати експериментальних досліджень формування нерівноважних функцій розподілу електронів у твердотільній плазмі при її опромінюванні потоками електромагнітного випромінювання або заряджених частинок. Описане оригінальне вторинно–емісійне радіоізотопне джерело струму, основане на нерівноважних розподілах електронів.Обзор работ по формированию неравновесных функций распределения электронов при наличии источника и стока в импульсном пространстве. Рассмотрены как аналитические исследования, так и численное моделирование нелинейных интегралов столкновений Больцмана и Ландау-Фоккера–Планка. Приведены результаты экспериментальных исследований формирования неравновесных функций распределения электронов в твердотельной плазме при облучении ее потоками электромагнитного излучения или заряженных частиц. Описан оригинальный вторично–эмиссионный радиоизотопный источник тока, основанный на неравновесных распределениях электронов

Relativistic electron bunch excitation of plasma wake-field and charged particle acceleration in the presence of external magnetic field

The report is devoted to the theoretical study and numerical simulation of the excitation of wake-fields in plasma and their application for charged particle acceleration. It is shown that at a given relationship between the parameters of the "plasma bunch - magnetic field" system in the magnetoactive plasma owing to the hybrid space-surface character of wake-field waves excited by a relativistic electron bunch (REB), the accelerated bunch energy εmax can appear essentially higher than the exciting bunch energy even if the longitudinal REB charge density profiling is not used. With the help of 2.5 D numerical simulation of wake-fields excited by a single REB or a REB sequence it has been established the following: the ion channel is formed owing to transverse ion motion in self- consistent electromagnetic fields, this channel stabilizes REB propagation and thus serves to increase the REB excited fields; the self-modulation of a long pulsed REB is a very promising way both to obtain high rates of charged particle acceleration and to modulate the bunch and plasma densities (this gives evidence that the linear approach cannot be used to describe the plasma even in the low beam density case). These results make it possible to clarify the prospects and to evaluate the possibility of creating new-type charged particle accelerators which will have acceleration rates much higher than the conventional resonant accelerator has

Charged particle acceleration by an intense wake-field excited in plasmas by either laser pulse or relativistic electron bunch

The results from theoretical and experimental studies, as well as from 2.5-dimensional (2.5-D) numerical simulation of plasma wake field excitation, by either relativistic electron bunch, laser pulse, and the charged particle wake field acceleration are discussed. The results of these investigations make it possible to evaluate the potentialities of the wake field acceleration method and to analyze whether it can serve as a basis for creating a new generation of devices capable of charged particle accelerating at substantially higher (on the order of two to three magnitudes) rates in comparison with those achievable in classical linear high-frequency (resonant) accelerators

The energy spectra of secondary electron emission induced by fast ions

It is shown that the distribution function of secondary electrons of ion-induced emission from the front and back surfaces of thin Ag, Cu, Ni foils can be approximated by the power-law function with different power indices in the corresponding energy ranges. The increases of ion energy losses caused the power index to decrease in the first energy interval, while in the second energy interval the power index showed the trend to lessening

Quasi steady-state distributions for collisional plasmas in the presence of energy and particle sources

The formation of a non-equilibrium distribution function (DF) of particles with the power-law interaction potentials is studied. Consideration is based on the non-linear kinetic equation of a Landau - Fokker - Planck type in the presence of particle (energy) sources. We compared our results with experimental data.Досліджено формування нерівноважних функцій розподілу частинок зі степеневим законом взаємодії між ними. Розгляд основано на одновимірному нелінійному кінетичному рівнянні типу Ландау-Фокера-Планка за наявністю джерел частинок (енергії). Наведено порівняння з експериментом.Исследовано формирование неравновесных функций распределения частиц со степенным законом взаимодействия между ними. Рассмотрение основано на нелинейном кинетическом уравнении типа Ландау- Фоккера-Планка при наличии источников частиц (энергии). Проведено сравнение с экспериментом

Computer simulation of high-current ion bunches transport and acceleration with additional space charge compensation by thermal electrons

The particle in cell simulation results, within the limits of the complete set of the Maxwell-Vlasov equations, of the short (the ion bunch length is much smaller than the cusp length) and long (the ion bunch length is much longer than the cusp length) high-current compensated tubular ion bunches transportation and acceleration in the peaked fence magnetic field are presented. The ion bunch current, at injection in the cusp, is compensated by an accompanying electron bunch. Additional compensation of the ion bunch space charge by means of thermal electrons generated in the drift space has been studied. It is shown that both for short and for long ion bunches, the optimized additional space charge compensation by thermal electrons leads to a reduction of the energy spread of the accelerated ion beam at the output of the cusp.Приведены результаты численного моделирования методом макрочастиц в рамках полной системы уравнений Власова-Максвелла, транспортировки и ускорения коротких (длина ионного сгустка значительно меньше длины каспа) и длинных (длина ионного сгустка значительно больше длины каспа) сильноточных трубчатых ионных сгустков в магнитном поле остроугольной геометрии. Ток ионного сгустка при инжекции в касп скомпенсирован сопровождающим электронным сгустком. Изучена дополнительная компенсация объемного заряда ионного сгустка тепловыми электронами. Показано, что как в случае коротких, так и в случае длинных ионных сгустков оптимизированная дополнительная компенсация объемного заряда тепловыми электронами приводит к уменьшению энергетического разброса ускоряемого ионного пучка на выходе из каспа.Наведено результати числового моделювання методом макрочасток у рамках повної системи рівнянь Власова-Максвелла, транспортування та прискорення коротких (довжина іонного згустка значно менше довжини каспа) та довгих (довжина іонного згустка значно більша за довжину каспа) сильнострумових трубчастих іонних згустків у магнітному полі гострокутової геометрії. Струм іонного згустка при інжекції в касп, скомпенсовано електронним згустком. Досліджено додаткову компенсацію об'ємного заряду іонного згустка за допомогою теплових електронів. Показано, що як у випадку коротких, так і у випадку довгих іонних згустків додаткова оптимізована компенсація об'ємного заряду тепловими електронами призводить до зменшення енергетичного розкиду іонного пучка, який прискорюється на виході з каспа

Electron heating and acceleration while magnetosphere substorm due to varying whistler wave phase velocity

Some properties of chorus radiation while magnetosphere substorm are discussed. The influence of the hydro magnetic waves on the electron distribution function is studied by numerical simulations. A quasi-linear 2D in velocity space operator models the electron damping of plasma eigenmodes. The dynamic of process is estimated under condition of varying in time of phase velocity and hence of phase resonance on the base of chorus radiation while substorms. This allows us to explain acceleration and heating of energetic electrons that double up energy during the stage of substorm.Обговорюються деякі властивості хорового випромінювання. Чисельними методами досліджується вплив магнітогідродинамічних хвиль на функцію розподілу електронів. Квазілінійний двовимірний у просторі швидкостей оператор моделює електронне затухання плазмових власних хвиль. Динаміка процесу описана в умовах, коли змінюється за часом фазова швидкість, а, тому, і фазовий резонанс, на основі хорового випромінювання під час суббурі. Це дозволило нам пояснити прискорення і нагрів енергетичних електронів, котрі подвоюють свою енергію під час стадії суббурі.Обсуждаются некоторые свойства хорового излучения. Численными методами исследуется влияние магнитогидродинамических волн на функцию распределения электронов. Квазилинейный двумерный в скоростном пространстве оператор моделирует электронное затухание плазменных собственных волн. Динамика процесса описана в условиях изменяющейся со временем фазовой скорости, а, следовательно, и фазового резонанса на основе хорового излучения во время суббури. Это позволило нам объяснить ускорение и нагрев энергетичных электронов, удваивающих свою энергию во время стадии суббури

Relativistic electron bunch excitation of wake fields in magnеtoactive plasma

We have been demonstrated that a multiple excess of the accelerated bunch energy εmax over the energy of the exciting. REB is possible in a magnetoactive plasma at a certain relationship between the parameters of the “plasmabunch-magnetic field” system owing to a hybrid volume-surface character of REB-excited wake fields, even without using the REBs contoured in the longitudinal direction

Relativistic electron beam pinching in plasma and cumulation of ions

A process of the high-current relativistic electron beam pinching propagating in plasma has been considered. A time of pinching of an electron - ion system has been defined. Maximum compression ratio, the ion density and temperature are found.Розглянуто процес пінчування релятивістського електронного пучка, що поширюється у плазмі. Визначено час пінчування електронно-іонної системи. Знайдені максимальна ступінь компресії, іонна густина та температура.Рассмотрен процесс пинчевания релятивистского электронного пучка, распространяющегося в плазме. Определено время пинчевания электронно-ионной системы. Найдены максимальная степень компрессии, ионные плотность и температура