Недавние эксперименты по инжекции килоамперного электронного пучка в замагниченную плазму на установке ГОЛ-ПЭТ показали, что мощность субтерагерцового излучения, выходящего вдоль магнитного поля, возрастает более чем на порядок, если в плазме предварительно созданы сильные поперечные градиенты плотности. В данной работе влияние поперечных неоднородностей плотности плазмы на эффективность генерации электромагнитного излучения вблизи гармоник плазменной частоты изучается с помощью численного моделирования на основе метода частиц в ячейках. Расчеты, проведенные для реальной относительной плотности пучка и реальных пространственных масштабов неоднородности, показали, что пучковая неустойчивость развивается только в ямах плотности, а малый поперечный размер ее локализации, сравнимый с длиной волны, способствует более эффективной конверсии неустойчивых колебаний в электромагнитные. Несмотря на то, что излучение на плазменной частоте оказывается запертым поперек ведущего магнитного поля, оно может покидать область генерации при уменьшении плотности плазменного столба в продольном направлении.
Recent experiments on the injection of kiloampere electron beams into a magnetized plasma at the GOL-PET facility have shown that the power of sub-terahertz radiation escaping from the plasma along the magnetic field increases by more than an order of magnitude if strong transverse density gradients are preliminarily created in the plasma. In this paper, the influence of transverse in homogeneities of plasma density on the efficiency of electromagnetic radiation generation near the harmonics of the plasma frequency is studied using particle-in-cell simulations. Simulations performed for the real relative density of the beam and the real spatial scales of the in homogeneity show that the beam instability develops only in the density wells, and the small transverse size of its localization comparable with the wavelength contributes to a more efficient conversion of unstable oscillations into electromagnetic ones. Despite the fact that radiation at the plasma frequency is blocked across the leading magnetic field, it can leave the generation region with the decrease of the plasma density in the longitudinal direction.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.