Helicons in plasma solid-state waveguide of cylindrical configuration

The theory of electromagnetic eigenwaves of a cylindrical plasma waveguide located in a constant longitudinal magnetic field has been created. A dispersion equation has been obtained under condition when the ratio of the collision frequency of the majority charge carriers to their cyclotron frequency is substantially less than one. It is shown there are bulk-surface helicons in a plasma waveguide. In the absence of charge-carrier collisions, their propagation is accompanied by a surface current directed parallel to the longitudinal axis of symmetry of the cylinder. Collisions of charged particles destroy the surface current and lead to the formation of additional H-type hybrid waves, the field localizations of which are concentrated near the side surface of the waveguide. The nonreciprocity effect of the eigenwaves, differing in the direction of propagation along the azimuthal coordinate, as well as when the direction of the external magnetic field is changed, has been discovered.Побудовано теорію власних електромагнітних хвиль циліндричного плазмового хвилеводу, який розташовано в постійному поздовжньому магнітному полі. Отримано дисперсійне рівняння в умовах, коли відношення частоти зіткнень основних носіїв заряду до їх циклотронної частоти багато менше одиниці. Показано, що в плазмовому хвилеводі існують об'ємно-поверхневі гелікони. Їх поширення у відсутності зіткнень носіїв заряду супроводжується поверхневим струмом, який спрямований паралельно поздовжній осі симетрії циліндра. Зіткнення заряджених частинок руйнують поверхневий струм і призводять до утворення додаткових гібридних хвиль H-типу, локалізації полів яких зосереджені поблизу бокової поверхні хвилеводу. Виявлено ефект невзаємності власних хвиль, що відрізняються напрямком поширення за азимутальною координатою, а також при зміні напрямку зовнішнього магнітного поля.Построена теория собственных электромагнитных волн цилиндрического плазменного волновода, расположенного в постоянном продольном магнитном поле. Получено дисперсионное уравнение в условиях, когда отношение частоты столкновений основных носителей заряда к их циклотронной частоте много меньше единицы. Показано, что в плазменном волноводе существуют объёмно-поверхностные геликоны. Их распространение в отсутствие столкновений носителей заряда сопровождается поверхностным током, направленным параллельно продольной оси симметрии цилиндра. Столкновения заряженных частиц разрушают поверхностный ток и приводят к образованию дополнительных гибридных волн H-типа, локализации полей которых сосредоточены вблизи боковой поверхности волновода. Обнаружен эффект невзаимности собственных волн, отличающихся направлением распространения по азимутальной координате, а также при изменении направления внешнего магнитного поля

Energy losses of a point magnetic dipole due to interaction with a magnetized plasma cylinder

In this work, the excitation problem of bulk-surface helicons by a point magnetic dipole moving in a vacuum parallel to the element of magnetized solid-state plasma cylinder is theoretically studied. The external magnetic field is directed parallel to the cylinder axis. The problem is solved in the magnetostatic approximation. It is shown that hybrid modes of the magnetic type with large values of the azimuthal mode index and one field variation along the radius are most efficiently excited at nonrelativistic velocities of magnetic dipole.Теоретично вивчено задачу про збудження об'ємно-поверхневих геліконів точковим магнітним диполем, що рухається у вакуумі паралельно твірним замагніченого твердотільного плазмового циліндра. Зовнішнє магнітне поле направлено паралельно осі циліндра. Задача розв'язана в магнітостатичному наближенні. Показано, що гібридні моди магнітного типу з великими значеннями азимутального модового індексу і з однією варіацією поля вздовж радіуса найбільш ефективно збуджуються в разі нерелятивістських швидкостей магнітного диполя.Теоретически изучена задача о возбуждении объемно-поверхностных геликонов точечным магнитным диполем, движущимся в вакууме параллельно образующим замагниченного твердотельного плазменного цилиндра. Внешнее магнитное поле направлено параллельно оси цилиндра. Задача решена в магнитостатическом приближении. Показано, что гибридные моды магнитного типа с большими значениями азимутального модового индекса и с одной вариацией полей по радиусу наиболее эффективно возбуждаются при нерелятивистских скоростях магнитного диполя

Microwave properties of HTS films: measurements in millimeter wave range

A theoretical and experimental justification of an approach proposed and developed by us for surface impedance standard measurements of HTS films is presented. An analysis of the electromagnetic properties of quasi-optical dielectric resonators with conducting endplates, which provides a theoretical background for studies of HTS films in the millimeter wave range, is performed. With this technique, the highest quality modes, namely whispering gallery modes, are excited in a dielectric cylindrical disc sandwiched between HTS films. Considerable enhancement of the sensitivity of surface resistance measurements in the millimeter wave range is demonstrated, which is important for the fundamental investigation of superconductor physics. It is also shown that the measured frequency shift in the resonator with the HTS endplates as a function of the temperature reveals a possibility for accurate evaluation of the field penetration depth in HTS films

Mathematical model of an excitation by electron beam of “whispering gallery” modes in cylindrical dielectric resonator

For generation of oscillations of millimeter and submillimeter wave lengths can be used "whispering gallery" modes excited in a dielectric resonator by an azimuthally-modulated electron beam. The mathematical model of excitation of these modes is constructed. The dispersion equation for determination of eigen frequencies of "whispering gallery" modes is obtained, eigen waves and their norms are found. Using them, the integro-differential equations for eigen wave amplitudes are derived.Построена математическая модель возбуждения мод «шепчущей галереи». Получено дисперсионное уравнение, определяющее собственные частоты этих мод, найдены собственные волны и их нормы. Используя их, получено интегро-дифференциальное уравнение для амплитуд возбуждаемых волн.Побудована математична модель збудження мод «шепочучої галереї». Отримано дисперсійне рівняння, що визначає власні частоти цих мод, знайдені власні хвилі і їх норми. Використовуючи їх, отримане интегро-диференційне рівняння для амплітуд збуджуваних хвиль

Microwave generation by supercritical REB at plasma assistance

The experimental researches on generation of microwave radiation in a system with a supercritical current of a relativistic electron beam produced in the magnetically isolated diode and external plasma source are carried out. The researches have shown that in the presence of external plasma the power of microwave radiation is increased in comparison to vacuum system.Проведені експериментальні дослідження генерації НВЧ випромінювання в системі з надкритичним струмом релятивістського електронного пучка і зовнішнім плазмовим джерелом. Дослідження показали, що при наявності зовнішньої плазми потужність НВЧ випромінювання збільшується в порівняні з вакуумною системою.Проведены экспериментальные исследования генерации СВЧ излучения в системе со сверхкритическим током релятивистского электронного пучка и внешним плазменным источником. Исследования показали, что при наличии внешней плазмы мощность СВЧ излучения увеличивается по сравнению с вакуумной системой

Nonlinear analysis of mm waves excitation by high–current REВ in dielectric resonator

A nonlinear self-consistent theory of excitation of millimeter wave lengths electromagnetic fields by high current relativistic azimuthally-modulated electron beam in cylindrical resonator with a dielectric rod is constructed. For generation of high frequency waves is used an electron beam. Nonlinear numerical analysis is carried out.Построена нелинейная самосогласованная теория возбуждения электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн сильноточным релятивистским азимутально-модулированным электронным пучком в цилиндрическом резонаторе с диэлектрическим стержнем. Проведен нелинейный численный анализ.Побудовано нелінійну самоузгоджену теорію збудження електромагнітного випромінювання міліметрового діапазону довжин хвиль сильнострумовим релятивістським азимутально-модульованим електронним пучком у циліндричному резонаторі із діелектричним стрижнем. Проведено нелінійний чисельний аналіз

Measurement of distribution function of REB, used in collective ion accelerator

The parameters of the intense relativistic electron beam (REB), being a base element of the ion accelerator concept, were measured at the exit of the first section of a collective ion accelerator. The experimental studies of a REB current passing through metal foils of a different thickness were carried out. Using the obtained dependence of beam current attenuation on the foil thickness and the calibration curves (tables) of the dependence of penetration lengths on the particle energy, the energy distribution function of REB electrons was determined and it is represented as a histogram. The kind of plasma resulting in a short circuit of the magnetically-insulated diode was determined.В першій секції двохсекційного колективного прискорювача іонів проведені вимірювання параметрів сильнострумового релятивістського електронного пучка (РЕП), який є головним елементом концепції прискорення іонів. Проведені експериментальні дослідження проходження струму РЕП через металевіфольги різної товщини. По отриманій залежності ослаблення струму пучка від товщини фольги і каліброваним кривим (таблицям) залежності довжини гальмування від енергії часток, виявлена функція розподілу електронів РЕП по енергії в вигляді гістограми. Вияснений вид плазми, яка приводить до закорачення магнітно-ізольованого діода.В первой секции двухсекционного коллективного ускорителя ионов проведены измерения параметров сильноточного релятивистского электронного пучка (РЭП), являющегося главным элементом концепции ускорителя ионов. Проведены экспериментальные исследования прохождения тока РЭП через металлические фольги различной толщины. По полученной зависимости ослабления тока пучка от толщины фольги и калибровочных кривых (таблиц) зависимости длин торможения от энергии частиц, определена функция распределения электронов РЭП по энергии в виде гистограммы. Определен вид плазмы, приводящей к закорачиванию магнитно-изолированного диода

Parameters of the energy spectrum for holes in CuInSe₂

This paper reports the coefficients Ca,b for the k-linear term in dispersion relation E(k) for holes of the upper valence bands Г⁻₆ and Г⁺₇ in p-CuInSe₂ crystals. We also obtained the tensor components for the carrier effective masses, in all three valence sub-bands of the model semiconductor. It was shown that the energy spectrum parameters for holes in CuInSe₂ allow successful explanation for the anisotropy of tensor components describing the interband light absorption coefficient and the published data for the temperature variation of the Hall coefficient, total Hall mobility and thermal voltage within the temperature range 100 K ≤ T ≤ 350 K

Formation of periodical magnetic fields by sequence of rings with different electric and magnetic properties

The electrodynamics analysis of topography of magnetic fields originating in spatially periodic system is carried out. The system under investigation is the solenoid inside which rings made from materials differ in electric and magnetic properties are periodically placed. The system of equations connecting amplitudes of spatial harmonics of the field is obtained. This system is parsed numerically. Requirements are determined when in the spatial structure of a magnetic field the dominating role is played by the main harmonic. The amplitudes of longitudinal and transverse components of the modulated magnetic field as a function of the ring sizes, current frequency, magnetic and electric properties of rings materials are investigated. The amplitudes of the fields obtained in the full electrodynamics consideration are compared with the amplitudes of a periodic magnetic field, obtained in an impedance approximation.У роботі проведено електродинамічний розрахунок топографії постійних магнітних полів, що виникають у просторово-періодичній системі, яка являє собою соленоїд, періодично навантажений кільцями з різними електричними та магнітними властивостями.Проведен электродинамический расчет топографии постоянных магнитных полей, создаваемых в пространственно-периодической системе, представляющей собой соленоид, внутри которого периодически размещаются кольца из материалов с различными электрическими и магнитными свойствами

Ions acceleration in a temporary and spatially modulated intense REB

The conception, proposed by Lymar, Khizhnyak, and Belikov, to use collective electromagnetic fields of space charge excited in high-current relativistic electron beam (REB), modulated in time and space, have been experimentally investigated. At plasma assistance the low frequency oscillations of 46 MHz are excited in the overcritical REB. The flow of C⁺ ions accelerated by the space charge field of virtual cathode up to 500 keV with density of 6×10⁶ cm⁻³ was formed. The fluence of ions on the collector during the ion pulse has the value 5×10⁷ particles/cm². The periodic magnetic field with 12% modulation was created by a sequence of aluminum and iron rings. After acceleration in the section with temporary and spatially modulated REB ions achieved energy 1.5 MeV and ion current 1 A.Експериментально досліджена запропонована Хижняком і інш. концепція використання колективних електромагнітних полів просторового заряду в сильнострумовому РЕП, модульованому в часі та просторі.Наявність віртуального катоду та плазмового джерела дозволили промодулювати РЕП на частоті 46 МГц і прискорити іони C⁺ до 500 кеВ. В другій секції, що складається із 9 змінних періодів магнітного поля, ці іони досягали енергії 1.5 МеВ при струмі 1 А.Экспериментально исследована предложенная Хижняком и др. концепция использования коллективных электромагнитных полей пространственного заряда в сильноточном РЭП, модулированном во времени и пространстве. Наличие виртуального катода и плазменного источника позволили промодулировать РЭП на частоте 46 МГц и ускорить ионы C⁺ до 500 кэВ. Во второй секции, состоящей из 9 переменных периодов магнитного поля, эти ионы ускорялись до энергии 1.5 МэВ при токе 1 А