ALGORITHM FOR CALCULATION OF NONLINEAR WAVE PROCESSES IN A MICROWAVE GENERATOR WITH MAGNETIC INSULATION IN THE THREE-DIMENSIONAL CASE

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

This paper considers the pressing problem of numerical modeling of nonlinear wave processes in a magnetically insulated microwave generator used to generate relativistic electron beams and the radiation they generate. A distinctive feature of the problem formulation is the realistic three-dimensional geometry of the generator. A three-dimensional mathematical model, including Maxwell's equations and the equations of motion for relativistic charged particles, was used for the numerical analysis. The model takes into account the field emission of electrons from the cathode surface and the presence of relativistic plasma. A new numerical algorithm is proposed for solving the problem, combining explicit time-dependent schemes, the finite volume method on irregular grids, and the cloud particle method. The software implementation is designed for parallel computing. To test the three-dimensional numerical approach, two relevant problems of generating relativistic electron beams are considered in one- and two-dimensional settings. Analysis of the calculation results confirmed the reproduction of one- and two-dimensional solutions in the three-dimensional code.

Sobre autores

S. Polyakov

Institute of Applied Mathematics named after M.V. Keldysh, Russian Academy of Sciences

Email: polyakov@imamod.ru
Moscow, Russia

N. Tarasov

Institute of Applied Mathematics named after M.V. Keldysh, Russian Academy of Sciences

Email: nikita_tarasov@imamod.ru
Moscow, Russia

T. Kudryashova

Institute of Applied Mathematics named after M.V. Keldysh, Russian Academy of Sciences

Email: kudryashova@imamod.ru
Moscow, Russia

Bibliografia

  1. Левитский С.М., Кошевая С.В. Вакуумная и твердотельная электроника СВЧ. Киев: Вища школа, 1986. С. 272.
  2. Шахнович И. Твердотельные СВЧ-приборы и технологии. Состояние и перспективы // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2005. № 5. С. 58–64.
  3. Викулов И. СВЧ-электроника сегодня: направления и вызовы // ЭЛЕКТРОНИКА: наука, технология, бизнес. 2015. № 3. С. 64–72.
  4. Белоус А.И., Мерданов М.К., Шведов С.В. СВЧ-электроника в системах радиолокации и связи. Техническая энциклопедия. В 2-х книгах. Книга 1. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. С. 688.
  5. Белоус А.И., Мерданов М.К., Шведов С.В. СВЧ-электроника в системах радиолокации и связи. Техническая энциклопедия. В 2-х книгах. Книга 2. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. С. 728.
  6. Кузелев М.В., Лоза О.Т., Рухадзе А.А., Стрелков П.С., Шкварунец А.Г. Плазменная релятивистская СВЧэлектроника // Физика плазмы. 2001. Т. 27. № 8. С. 710–733.
  7. Кузелев М.В., Рухадзе А.А., Стрелков П.С. Плазменная релятивистская СВЧ-электроника. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Баумана, 2018. С. 624.
  8. Литвин В.О., Лоза О.Т. Плазменный сильноточный генератор мощных широкополосных СВЧ-импульсов с магнитной самоизоляцией // Труды ИОФАН. 2016. Т. 72. С. 134–139.
  9. Булейко А.Б., Бахтин В.П., Лоза О.Т., Раваев А.А., Быков А.Г., Коновальцева Л.В. Плазменный мазер с магнитной самоизоляцией // Прикладная физика. 2023. № 1. С. 72–77.
  10. Поляков С.В., Тарасов Н.И., Кудряшова Т.А. Моделирование эмиссионных процессов в сильных электромагнитных полях // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2023. Т. 63. № 8. С. 1354–1366.
  11. Galstyan E.A., Kudryashova T.A, Polyakov S.V., Tarasov N.I. Computer Simulation of Explosive Emission Processes in Strong Electromagnetic Fields // J. of Physics: Conference Series 2701 (2024) 012062.
  12. Поляков С.В., Тарасов Н.И., Кудряшова Т.А. Моделирование нелинейных волновых процессов в СВЧгенераторе с магнитной изоляцией // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2024. Т. 64. № 12. С. 2401–2410.
  13. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Курс теоретической физики. Том 8. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982. С. 621.
  14. Birsdall C.K., Fuss D. Clouds-in-clouds, clouds-in-cells physics for many-body plasma simulation // J. of Computational Physics. 1969. Volume 3. Issue 4. April 1969. P. 494- 511.
  15. Taflove Allen, Hagness Susan C. Computational Electrodynamics. The Finite-Difference Time-Domain Method. Third Edition. Artech House. 2005. P 1038.
  16. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: БИНОМ, лаборатория знаний, 2011. С. 636.
  17. Ильин В.П. Методы конечных разностей и конечных объемов для эллиптических уравнений. Новосибирск: Изд-во Ин-та математики СО РАН, 2000. С. 345.
  18. Eymard R., Gallouet T.R., Herbin R. The finite volume method // Handbook of Numerical Analysis. Amsterdam: North Holland Publishing Company, 2000. V. 7. P. 713- 1020.
  19. LeVeque R.J. Finite volume methods for hyperbolic problems. Cambridge Univ. Press, 2002. P. 558.
  20. Лебедев А.С., Федорук М.П., Штырина О.В. Конечно-объемный алгоритм решения нестационарных уравнений Максвелла на неструктурированной сетке // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2006. Т. 47. № 7. С. 1286–1301.
  21. Марчук Г.И. Методы расщепления. М.: Наука, 1980. С. 264.
  22. Tarakanov V. P. User's Manual for Code KARAT. Springfield, VA: Berkeley Research. VA, 1992. C. 262.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).