Preview

Сибирский физический журнал

Расширенный поиск

Частотный спектр потока излучения, генерируемого пучково-плазменной системой с энергосодержанием десять джоулей в микросекундном импульсе

https://doi.org/10.25205/2541-9447-2023-18-4-79-93

Аннотация

В статье сообщается о достижении энергосодержания 10 Дж в микросекундном импульсе направленного потока электромагнитного излучения в диапазоне частот ~0,2–0,3 ТГц. Генерация осуществляется принципиально новым методом, который реализуется за счет накачки верхнегибридных плазменных колебаний в замагниченном плазменном столбе при помощи релятивистского электронного пучка (РЭП) и последующего преобразования этих колебаний в поток электромагнитного излучения. В частности, в описываемых экспериментах, проводимых на установке ГОЛ-ПЭТ, данный метод реализован следующим образом: пучок электронов с энергией Е ~0,5 МэВ и плотностью тока (1–2) кА/см2 проходит через столб замагниченной (4 Тл) плазмы плотностью 1014–1015 см–3. В ходе сравнения спектрального состава излучения, измеренного экспериментально, с расчетным спектром доказано, что этот процесс реализуется за счет резонансной накачки таким пучком ветви верхнегибридных плазменных колебаний. Таким образом, одновременное увеличение плотности плазмы и плотности тока пучка открывает перспективу развития генерации мультимегаваттных потоков излучения в районе одного терагерца.

Об авторах

А. В. Аржанников
Институт ядерной физики СО РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

Андрей Васильевич Аржанников, доктор физико-математических наук



С. Л. Синицкий
Институт ядерной физики СО РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

Станислав Леонидович Синицкий, кандидат физико-математических наук



Д. А. Самцов
Институт ядерной физики СО РАН
Россия

Денис Алексеевич Самцов, младший научный сотрудник



П. В. Калинин
Институт ядерной физики СО РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

Пётр Валериевич Калинин, научный сотрудник



С. С. Попов
Институт ядерной физики СО РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

Сергей Сергеевич Попов, кандидат физико-математических наук



М. Г. Атлуханов
Институт ядерной физики СО РАН
Россия

Магомедризы Гаджимурадович Атлуханов, младший научный сотрудник



Е. С. Сандалов
Институт ядерной физики СО РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

Евгений Сергеевич Сандалов, научный сотрудник



В. Д. Степанов
Институт ядерной физики СО РАН; Новосибирский государственный университет
Россия

Василий Дмитриевич Степанов, научный сотрудник



К. Н. Куклин
Институт ядерной физики СО РАН
Россия

Константин Николаевич Куклин, младший научный сотрудник



М. А. Макаров
Институт ядерной физики СО РАН
Россия

Максим Александрович Макаров, ведущий инженер



Список литературы

1. Markelz A. G., Mittleman D. M. Perspective on terahertz applications in bioscience and biotechnology // ACS Photonics. 2022. Vol. 9, no. 4. P. 1117–1126.

2. Cooper K. B., Dengler R. J., Llombart N. [et al.]. THz imaging radar for standoff personnel screening // IEEE transactions on terahertz science and technology. 2011. Vol. 1, no. 1. P. 169– 182.

3. Michalchuk A. A. L., Hemingway J., Morrison C. A. Predicting the impact sensitivities of energetic materials through zone-center phonon up-pumping // The Journal of Chemical Physics. 2021. Vol. 154, no. 6. P. 064105.

4. Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Koidan V. S., Vyacheslavov L. N. Physics of REB–Plasma Interaction // Physics of REB-Plasma Interaction. Physica Scripta. 1982. Vol. 22. P. 303–310.

5. Ginzburg V. L., Zheleznyakov V. V. On the Propagation of Electromagnetic Waves in the Solar Corona, Taking Into Account the Influence of the Magnetic Field // Soviet Astronomy. 1959. Vol. 3. P. 235–246.

6. Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Kalinin P. V. et al. Subterahertz generation by strong langmuir turbulence at two-stream instability of high current 1-MeV REBs // Vestnik of Novosibirsk State University. Series: Physics. 2010. Vol. 5, no. 4. P. 44–49.

7. Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Kalinin P. V. et al. Properties of sub-THz waves generated by the plasma during interaction with relativistic electron beam // IRMMW-THz-2015 Conference Proceedings, TS-3133848.

8. Timofeev A. V. Electromagnetic waves in a magnetized plasma near the critical surface // Phys. Usp. 2004. Vol. 47. P. 555.

9. Timofeev I. V., Annenkov V. V., Arzhannikov A. V. Regimes of enhanced electromagnetic emission in beam-plasma interactions // Physics of Plasmas. 2015. Vol. 22. P. 113109. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4935890

10. Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Kuznetsov S. A. et al. Subterahertz emission at strong REB-plasma interaction in multimirror trap GOL-3 // Fusion Science and Technology. 2011. Vol. 59, no. 1. P. 74–77.

11. Arzhannikov A. V., and Timofeev I. V. Generation of powerful terahertz emission in a beamdriven strong plasma turbulence // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2012. Vol. 54, no. 10. 12. Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Burmasov V. S. et al. Dynamics and spectral composition of subterahertz emission from plasma column due to two-stream instability of strong relativistic electron beam // IEEE Transactions on terahertz science and technology. 2016. Vol. 6, no. 2. P. 245–252.

12. Arzhannikov A. V., Burmasov V. S., Ivanov I. A., et al. Mechanisms of submillimeter wave generation by kiloampere REB in a plasma column with strong density gradients // 44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, Paris, 1–6 September 2019 (PID5878973).

13. Arzhannikov A. V., Ivanov I. A., Kasatov A. A. et al. Well-directed flux of megawatt sub-mm radiation generated by a relativistic electron beam in a magnetized plasma with strong density gradients // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2020. Vol. 62, no. 4. P. 045002.

14. Samtsov D. A., Arzhannikov A. V., Sinitsky S. L. et al. Generation of a directed flux of megawatt THz radiation as a result of strong REB-plasma interaction in a plasma column // IEEE Transactions on Plasma Science. 2021. Vol. 49, no. 11. P. 3371–3376.

15. Arzhannikov A. V., Sinitsky S. L., Popov S. S. et al. Energy Content and Spectral Composition of a Submillimeter Radiation Flux Generated by a High-Current Electron Beam in a Plasma Column With Density Gradients // IEEE Transactions on Plasma Science. 2022. Vol. 50, no. 8. P. 2348–2363.

16. Аржанников А. В., Синицкий С. Л., Самцов Д. А. и др. Энергосодержание и спектральный состав потока субмиллиметрового излучения c длительностью 5 мкс, генерируемого в плазме при релаксации РЭП // Физика плазмы. 2022. T. 48, № 10. С. 929–936.

17. Arzhannikov A. V., Bobylev V. B., Nikolaev V. S. et al. Ribbon REB research on 0.7 MJ generator U-2 // 9-th Inter. Conf. on High-Power Particle Beams, Washington DC, May 1992. Proceedings. Vol. II: Electron beams. P. 1117–1123

18. Arzhannikov A. V., Makarov M. A., Samtsov D. A. et al. New detector and data processing procedure to measure velocity angular distribution function of magnetized relativistic electrons // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2019. Vol. 942. P. 162349.

19. Popov S. S., Vyacheslavov L. N., Ivantsivskiy M. V. et al. Upgrading of Thomson scattering system for measurements of spatial dynamics of plasma heating in GOL-3 // Fusion Science and Technology. 2011. Vol. 59, no. 1. P. 292–294.

20. Бурмасов В. С., Бобылев В. Б., Иванова A. A. и др. Инфракрасный интерферометр для исследования субтермоядерной плазмы в многопробочной ловушке ГОЛ-3 // Приборы и техника эксперимента. 2012. № 2. С. 120–123.

21. Рогалин В. Е., Каплунов И. А., Кропотов Г. И. Оптические материалы для THz диапазона // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. № 6. С. 851.

22. Arzhannikov A. V., Ivanov I. A., Kuznetsov S. A. et al. Eight-Channel Polychromator for Spectral Measurements in the Frequency Band of 0.1-0.6 THz // Proceedings of the 2021 IEEE 22nd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials. IEEE, 2021. P. 101–105.

23. Зайцев Н. И., Иляков Е. В., Ковнеристый Ю. К. и др. Калориметр для измерения энергии мощного электромагнитного импульса // Приборы и техника эксперимента. 1992. № 35. С. 153–154.

24. Аржанников А. В., Синицкий С. Л., Старостенко Д. А. и др. Пучково-плазменный генератор ТГц-излучения на основе индукционного ускорителя (проект ЛИУ-ПЭТ) // Сибирский физический журнал. 2023. Т. 18, № 1. С. 28–42.

25. Самцов Д. А., Аржанников А. В., Синицкий С. Л. и др. Частотный спектр потока излучения в интервале частот 0,1-0,6 ТГц, генерируемого на установке ГОЛ-ПЭТ в различных условиях // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2022. Т. 65, № 5/6. С. 342-352. DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2022_65_05_342

26. Аржанников А. В., Тимофеев И. В. Интенсивное пучково-плазменное взаимодействие как источник субмиллиметрового излучения // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2016. Т. 11, № 4. С. 78–104.


Рецензия

Для цитирования:


Аржанников А.В., Синицкий С.Л., Самцов Д.А., Калинин П.В., Попов С.С., Атлуханов М.Г., Сандалов Е.С., Степанов В.Д., Куклин К.Н., Макаров М.А. Частотный спектр потока излучения, генерируемого пучково-плазменной системой с энергосодержанием десять джоулей в микросекундном импульсе. Сибирский физический журнал. 2023;18(4):79-93. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2023-18-4-79-93

For citation:


Arzhannikov A.V., Sinitsky S.L., Samtsov D.A., Kalinin P.V., Popov S.S., Atlukhanov M.G., Sandalov E.S., Stepanov V.D., Kuklin K.N., Makarov M.A. Frequency Spectrum of Radiation Flux Generated by Beam-Plasma System with Ten Joules Energy Content in Microsecond Pulse. SIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS. 2023;18(4):79-93. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2023-18-4-79-93

Просмотров: 113


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2541-9447 (Print)