На главную Написать письмо Карта сайта

Издательство

Сектор реализации

Типография

Портал НГТУ


заказ книг

Динамика заряженных частиц и интенсивных пучков в стационарных полях



ISBN/ISSN: 978-5-7782-4139-8
Год издания: 2020
Автор: Иванов А.В.
Факультет: ФТФ
Кафедра: ЭФУиУ
Типография: НГТУ
География продаж


В пособии содержатся наиболее важные вопросы динамики заряженных частиц и интенсивных пучков в стационарных электрическом и магнитном полях. Представлен необходимый математический аппарат, приведены основные уравнения электромагнитного поля, рассмотрены некоторые аналитические и численные методы расчёта потенциалов и полей. Рассмотрено движение заряженных частиц в однородных и слабо неоднородных электрическом и магнитном полях, в полях с аксиальной симметрией. В параксиальном приближении получены линеаризованные уравнения движения заряженных частиц, рассмотрена линейная динамика частиц в аксиально-симметричных электростатических и магнитных линзах, в квадрупольных линзах, в поворотных магнитах. Даны определения фазового объёма и эмиттанса пучка, акцептанса канала, сказано о проблемах построения огибающих потока и согласования потока с периодическим каналом. Описаны основные эффекты, возникающие из-за влияния пространственного заряда, в том числе образование виртуальных катодов. Рассмотрено начальное формирование электронных потоков, описаны источники пучков заряженных частиц с плазменным эмиттером.

Предназначено для студентов ФТФ НГТУ третьего года обучения.






ОГЛАВЛЕНИЕ



Введение ................................................................................................................................. 7



1. Необходимые математические и физические сведения ............................................... 11

1.1. Некоторые сведения из векторного анализа .............................................................. 11

1.2. Основные уравнения электромагнитного поля .......................................................... 21

1.3. Аналитические методы расчёта электрического поля ............................................... 26

1.4. Численные методы расчёта электромагнитных полей .............................................. 34

Задания ................................................................................................................................ 42



2. Движение заряженной частицы в электромагнитном поле .......................................... 45

2.1. Принцип наименьшего действия ................................................................................. 45

2.2. Лагранжиан одиночной частицы, сила Лоренца ........................................................ 49

2.3. Энергия частицы в стационарном поле ...................................................................... 52

2.4. Уравнения движения частицы в различных системах координат ............................. 54

2.5. Движение заряженной частицы в однородных стационарных полях ....................... 56

2.6. Движение заряженной частицы в слабо неоднородном магнитном поле ................ 63

2.7. Аналогия между движением заряженных частиц и распространением света ......... 68

2.8. Ускорители заряженных частиц ................................................................................... 71

Задания ................................................................................................................................ 74



3. Поля с аксиальной симметрией ..................................................................................... 75

3.1. Параксиальное разложение аксиально-симметричных полей ................................. 76

3.2. Теорема Буша ............................................................................................................... 80

3.3. Параксиальные уравнения движения ......................................................................... 84

Задания ................................................................................................................................ 88

4. Линзы в оптике заряженных частиц ............................................................................... 89



4.1. Сведения из теории дифференциальных уравнений ................................................ 89

4.2. Матричное описание динамики частиц ....................................................................... 91

4.3. Фокусирующие свойства линейных систем, построение изображения .................... 92

4.4. Аксиально-симметричные линзы ................................................................................ 98

4.5. Квадрупольные линзы, дуплеты и триплеты ............................................................ 113

4.6. Поворотные магниты .................................................................................................. 123

4.7. Слабая и сильная фокусировка ................................................................................ 130

Задания .............................................................................................................................. 131



5. Потоки невзаимодействующих частиц ....................................................................... 133

5.1. Канонические уравнения Гамильтона, теорема Лиувилля .................................... 133

5.2. Поперечный фазовый объём и проблема согласования ....................................... 139

5.3. Распределение пучка на фазовой плоскости ......................................................... 144

5.4. Среднеквадратичный эмиттанс ............................................................................... 147

Задания ............................................................................................................................ 149



6. Динамика потоков заряженных частиц с ненулевым эмиттансом ........................... 151

6.1. Расчёт огибающей потока ........................................................................................ 151

6.2. Движение частицы в периодических полях ............................................................ 156

6.3. Критерий устойчивости. Теорема Флоке ................................................................ 158

6.4. Огибающая пучка в периодическом канале. Эффективный эмиттанс ................ 165

6.5. Параметры Твисса .................................................................................................... 168

Задания ............................................................................................................................ 169



7. Потоки взаимодействующих частиц ........................................................................... 171

7.1. Основные эффекты пространственного заряда. Первеанс .................................. 171

7.2. Действие сил пространственного заряда ............................................................... 173

7.3. Расплывание потоков под действием сил пространственного заряда ................ 176

7.4. Образование виртуальных катодов и предельный ток .......................................... 181

7.5. Самофокусировка пучка заряженных частиц. Пинч-эффект ................................ 187

Задания ............................................................................................................................ 190



8. Начальное формирование электронных потоков ..................................................... 191

8.1. Термоэлектронная эмиссия ..................................................................................... 191

8.2. Плоский и сферический диоды ............................................................................... 193

8.3. Пушки Пирса ............................................................................................................. 200

8.4. Отличия реальных электронных пушек .................................................................. 207

8.5. Формирование интенсивных потоков магнитным полем ...................................... 208

Задания ............................................................................................................................ 218



9. Источники ионов с плазменным эмиттером ............................................................. 219

9.1. Некоторые сведения из физики плазмы ................................................................ 219

9.2. Извлечение из плазмы заряженных частиц ........................................................... 221

9.3. Некоторые типы источников ионов ......................................................................... 223



Библиографический список ............................................................................................ 233

Приложения ..................................................................................................................... 234

Приложение 1. Расчёт некоаксиального конденсатора ............................................... 234

Приложение 2. Вычисление коэффициента сферической аберрации аксиально-

симметричной магнитной линзы .................................................................................... 236

Приложение 3. Определение наклона границы пучка для обеспечения

прохождения через трубу максимального тока ............................................................. 240

Приложение 4. Аналитическое решение задачи Коши для уравнения Лапласа

в плоской и сферической пушках Пирса ........................................................................ 241

Ответы к задачам ............................................................................................................. 244

Предметный указатель ..................................................................................................... 246

Назад в раздел

Новинки

Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Максимчук О.В.
Исследование и выбор параметров при проектировании технологических машин
Год издания: 2020
Число страниц: 259
ISBN: 978-5-7782-4177-0
Колышкина С.С., Москвина О.В.
Иностранный язык региона специализации: японский язык для регионоведов
Год издания: 2020
Число страниц: 275
ISBN: 978-5-7782-4149-7
Щинников П.А., ред.
Комплексные исследования энергоблоков электростанций и энергоустановок
Год издания: 2020
Число страниц: 499
ISBN: 978-5-7782-4127-5

Новости

23 Июл 2020

На сайте обновлен прайс-лист на издания НГТУ НЭТИ.


Подробнее

12 Ноя 2019

Подведены итоги II Международного отраслевого конкурса изданий высших учебных заведений «Университетская книга – 2019: социально-гуманитарные науки».


Подробнее

© 1994-2013, Издательство НГТУ
630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, тел./факс: +7 (383) 346-31-87, эл. почта: office@publish.nstu.ru