Читать онлайн «Кинетическая теория квазистационарных состояний сильноточных пучков заряженных частиц»

КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫХ СОСТОЯНИЙ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ВВЕДЕНИЕ В течение длительного времени продолжают оставаться актуальными вопросы, связанные с накоплением и транспортировкой больших зарядов и токов. Близкой к этим вопросам является также проблема Достижения больших энергий заряжённых частиц —электронов, протонов и различного типа ионов. Интерес к этим вопросам объясняется, в первую очередь, возможностью многочисленных приложений мощных сильноточных пучков в науке и технике. Так, пучки электронов применяются в СВЧ-электронике, для сварки и резания металлов, для обработки поверхностей. Возможны также применения электронных пучков в ускорительной технике —для коллективного ускорения ионов (в частности — ускорение при помощи электронных колец). Важными также являются проблемы, связанные с передачей энергии большие расстояния и ее рекуперация. Ускоряемые пучки ионов могут использоваться для ионной имплантации, при электроядерном методе воспризводства ядерного горючего, укажем также возможности приложения к медицине и приложения, описанные в монографии [1]. Особый интерес для исследования представляют релятивист^ ские электронные пучки —в силу того обстоятельства, что сила электростатического расталкивания уменьшается в j2 раз из-за магнитного самосжатия (7 —релятивистский фактор). При этом условие равновесия как электронов, так и ионов пучка, частично скомпенсированного по заряду, (условие Беннета-Будкера [2, 3]) имеет вид: пе ^ щ > щ/'у2, пе, щ — плотности электронов и ионов. С точки зрения экспериментальных возможностей достижение релятивистских энергий сравнительно несложно. Так, если кинетическая энергия W = 100 кэВ, то 7 = 1) 2, отношение скорости частиц к скорости света /3 и 0,55. Достижение значений /3, близких к единице, желательно для того, чтобы аль- фвеновский предельный ток J а = 177/3 кА (см. [4]) был большим. При этом существенно возрастает ток, пропускаемый электродинамической системой, вследствие чего становится возможным достижение больших мощностей СВЧ-приборов. Приложениям пучков посвящено большое количество работ, кроме [1] укажем также [5-10, 13, 14]. Вместе с развитием технических средств формирования развиваются также теоретические исследования пучков. В настоящее время теория потоков заряженных частиц может рассматриваться как самостоятельный раздел теоретической физики. При этом можно выделить гидродинамическую и кинетическую постановку задач. Кинетическая постановка в ряде случаев имеет преимущества—возможны любые пересечения траекторий частиц, в том числе и самопересечения. В дальнейшем будет рассматриваться в основном кинетическая теория, однако для выяснения физического смысла получаемых соотношений возможен переход к усредненным, гидродинамическим уравнениям. При более общей, в принципе, постановке задач кинетики, в большом числе таких задач модельная кинетическая теория приводит к компактному математическому описанию, сводящемуся к системам уравнений в обычных производных.