تحریک و تقویت مُدهای هیبریدی در موجبرهای پلاسمایی ترکیبی دایروی- بیضوی شامل باریکه الکترونی نسبیتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده فیزیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 استادیار، دانشکده فیزیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

3 دانشیار، دانشکده فیزیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

معادله پاشندگی و نرخ رشد امواج الکترومغناطیسی هیبریدی منتشره در دو نوع موجبر ترکیبی با دیواره رسانای کامل شامل ستون پلاسمای سرد همسانگرد که توسط باریکه الکترونی نسبیتی تغذیه می‏شوند، مورد مطالعه قرار می‏گیرد. دیواره رسانای موجبر نخست دارای سطح مقطع بیضوی است که ستون پلاسما با مقطع دایره در مرکز آن قرار گرفته و بقیه نواحی داخلی از مرز پلاسما تا مرز موجبر با ماده دی‏الکتریک پر شده است. اما موجبر دوم دارای سطح مقطع دایروی است که ستون پلاسمای بیضوی در مرکز آن قرار گرفته است. باریکه‏های الکترونی بعنوان چشمه انرژی بصورت هم محور با ستون پلاسما به داخل آن تزریق می‏شوند. با محاسبه مؤلفه‏های میدان‏های الکترومغناطیسی در هر یک از نواحی پیکربندی های مورد مطالعه و اعمال شرایط مرزی، فرکانس کار و نرخ رشد بدست می‏آیند. نتایج محاسبات عددی به صورت نمودار ارائه می‏گردد.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1]    B. Shokri and B. Jazi, "Spatial growth rate and field profiles of symmetric mode in a rod dielectric Čerenkov maser with a magnetized plasma column," Phys. Lett. A, vol. 336, no. 6, pp. 477-489, 2005
[2]    J. Zheng, C. Yu, Z. Zheng, and K. Tanaka, "Cherenkov radiation generated by a beam of electrons revisited," Phys. Plasmas, vol. 12, no. 9, pp. 93-105, 2005.
[3]    P. D. Coleman and C. Enderby, "Megavolt electronics Cerenkov coupler for the production of millimeter and submillimeter waves," J. Appl. Phys, vol. 31, no.9,  pp. 1695-1696, 1960.
[4]    B. Jazi, Z. Rahmani, E. Heidari-Semiromi, and A. Abdoli-Arani, "Time growth rate and field profiles of hybrid modes excited by a relativistic elliptical electron beam in an elliptical metallic waveguide with dielectric rod," Phys. Plasmas, vol. 19, no. 10, pp. 102-110, 2012.
[5]    A. Malakzadeh and M. Ahmadi, "Analytical Design and Simulation of a Corrugated Rectangular Waveguide Based on the Principles of the Backward-Wave Oscillator for Communication Band of THz Regime to Work in Troposphere," Scientific Journal of Applied Electromagnetics, vol. 7, no. 2, pp. 25-32, 2020. (In Persian)
[6]    M. Rouhani and B. Maraghechi, "Wave-mode dispersions in a relativistic electron beam with ion-channel guiding," Phys. Plasmas, vol. 13, no. 8, pp. 083-101, 2006.
[7]    L. Shenggang, Y. Yang, M. Jie, and D. M. Manos, "Theory of wave propagation along a waveguide filled with moving magnetized plasma," Phys. Rev. E, vol. 65, no. 3, p. 036411, 2002.
[8]    R. Bhatt and C. Chen, "Theory and simulation of nonrelativistic elliptic-beam formation with one-dimensional Child-Langmuir flow characteristics," Phys. Rev. ST Accel. Beams, vol. 8, no. 1, p. 014201, 2005.
[9]    S. J. Russell, Z.-F. Wang, W. B. Haynes, R. M. Wheat, Jr., B. E. Carlsten, L. M. Earley, S. Humphries, Jr., and P. Ferguson, "First observation of elliptical sheet beam formation with an asymmetric solenoid lens," Phys. Rev. ST Accel. Beams, vol. 8, no. 8, pp. 080401, 2005.
[10] R. J. Bhatt, "Inverse problems in elliptic charged-particle beams," Massachusetts Institute of Technology, 2006.
[11] J. Zhou, R. Bhatt, and C. Chen, "Cold-fluid theory of equilibrium and stability of a high-intensity periodically twisted ellipse-shaped charged-particle beam," Phys. Rev. ST Accel. Beams, vol. 9, no. 3, pp. 034401, 2006.
[12] G. Caryotakis, A. Krasnykh, M. Neubauer, R. Phillips, G. Scheitrum, D. Sprehn, R. Steele, A. Jensen, and D. Smithe, "Design of a 11.4 GHz, 150-MW, Sheet Beam, PPM-Focused Klystron," AIP Conference Proceedings, vol. 691, no. 1, pp. 22-33, 2003.
[13] B. E. Carlsten, "Modal analysis and gain calculations for a sheet electron beam in a ridged waveguide slow-wave structure," Phys. Plasmas, vol. 9, no. 12, pp. 5088-5096, 2002.
[14] H. Freund and T. Abu-Elfadl, "Linearized field theory of a Smith-Purcell traveling wave tube," IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 32, no. 3, pp. 1015-1027, 2004.
[15] A. E. Brainerd, C. Chen, and J. Zhou, "Space-charge waves on relativistic elliptic electron beams," J. Appl. Phys, vol. 106, no. 2, pp. 023310, 2009.
[16] B. Jazi and B. Shokri, "Excitation of electromagnetic   surface waves by an annular electron beam in a plasma waveguide with a dielectric rod and a magnetized plasma column," Plasma Phys. Controlled Fusion, vol. 47, no. 1, pp. 37-47, 2005.
[17] M. A. K. n. M. Birau, M.V. Kuzelev, A.A. Rukhadze, "Topicals Problems," Phys.-Usp., vol. 40, pp. 975-992, 1997.
[18] N. W. McLachlan, "Theory and Applications of Mathieu Functions", Dover, New York, 1964.
[19] Z. Rahmani, E. Heidari-Semiromi, and S. Safari, “Excitation of THz hybrid modes in an elliptical dielectric rod waveguide with a cold collisionless unmagnetized plasma column by an annular electron beam,” Phys. Plasmas, vol. 23, no. 6, pp. 062113,  2016.