研究目的
通过计算机模拟研究相对论电子束向太赫兹频段电磁辐射高效能量转移的机制。
研究成果
研究表明，通过高电流相对论电子束与等离子体的相互作用，可以产生高效的太赫兹电磁辐射。通过改变等离子体密度可轻松调节辐射频率。模拟显示，在无碰撞等离子体的湍流状态下，电子束向电磁辐射的能量转移效率很高。
研究不足
该研究基于计算机模拟，可能无法完全捕捉实际实验室实验中存在的所有物理现象。模拟参数与GOL-3设施实验的参数相近但不完全相同。
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[IEEE 2018年第20届高电流电子学国际研讨会（ISHCE）- 俄罗斯托木斯克（2018.9.16-2018.9.22）] 2018年第20届高电流电子学国际研讨会（ISHCE）- 电子束-等离子体相互作用产生太赫兹辐射
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[IEEE 2018年第20届高电流电子学国际研讨会（ISHCE）- 俄罗斯托木斯克（2018.9.16-2018.9.22）] 2018年第20届高电流电子学国际研讨会（ISHCE）- 电子束-等离子体相互作用产生太赫兹辐射
DOI：10.1109/ISHCE.2018.8521220
出版年份：2018
更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要：
目前，在太赫兹频段（THz）寻找新型电磁辐射产生方法已成为科学与工程领域最具前景的快速发展研究方向之一，其应用涵盖安防和医学诊断等领域。现代解决方案之一是通过高电流相对论电子束与等离子体的相互作用来产生电磁波。由于这种情况下辐射频率与等离子体频率相当，只需改变等离子体密度即可轻松调节。在俄罗斯科学院西伯利亚分院理论与应用物理研究所GOL-3装置上进行的实验室实验中，当相对论电子束注入等离子体时成功产生了高效的太赫兹电磁辐射。本文基于计算机模拟研究了无碰撞等离子体湍流状态下，相对论电子束向电磁辐射高效传递能量的机制。采用二维数值模型对离子、电子等离子体组分及电子束进行动力学处理，并使用真实带电粒子质量比。通过并行电磁粒子模拟（PIC）程序UMKA2D3V，模拟了接近GOL-3装置实验室实验参数的束-等离子体系统。研究了一束电子注入等离子体和电子束反向注入两种工况，计算实验在具有大规模并行架构的现代计算机系统上完成。
作者：
Galina Dudnikova，Vitaly Vshivkov，Evgeny Berendeev，Anna Efimova
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