Електронні пучки у градієнтному магнітному полі: управління перетворенням поздовжнього руху у поперечний
Вантажиться...
Дата
2023
DOI
https://doi.org/10.20998/2079-0023.2023.01.04
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
В роботі розглянуто рух електронів у циліндричному магнітному полі з потенціалом градієнтного вигляду. Отримано, що у вибраному полі вихідний рух електронів уздовж поздовжньої осі перетворюється на радіальний рух. Визначено, що таке перетворення обумовлено впливом соленоїдального магнітного поля з великим поздовжнім градієнтом. Перетворення поздовжнього напрямку руху на поперечне виявилося стійким в діапазоні енергій 20...55 кеВ електронів і в інтервалі 5...50 мм радіальних розмірів пучка частинок. За допомогою програмного засобу вивчено основні залежності руху електронного пучка в заданому соленоїдальному магнітному полі. В даній роботі приведені результати чисельного моделювання траєкторій електронів у градієнтному магнітному полі зі вторинноемісійним катодом кругової форми, розташованим у середині системи. Для вивчення механізму стійкості по відношенню до магнітного поля використано два експериментально реалізовані магнітних поля. На основі цих двох полів чисельно синтезовано масиви додаткових 4 полів. Для сукупності з 6 названих полів чисельно вивчена робота гармати, коли частка відчуває стійке перетворення напрямку руху. Показано, що при заданій енергії електрона та фіксованому магнітному полі параметром, що визначає поворот частинок, є градієнт магнітного поля на межі ділянки вльоту. Отримано, що ефект повороту має місце для розглянутого інтервалу радіальних розмірів пучка, що призводить до фокусування частинок. Показана можливість на основі регулювання поля в цілому керувати вертикальною координатою сфокусованого пучка, тим самим дано інтерпретацію порогової залежності реєстрації електронів на детекторі. Досліджено залежність формування підсумкового розподілу частинок від амплітуди та градієнта магнітного поля вздовж осі системи. Наводяться результати чисельного моделювання руху електронного потоку. На основі моделі руху електронного потоку розглянуто характеристики результуючого електронного пучка. В даній статті показано, що пучок, що має радіальні розміри 5...50 мм, фокусується по вертикалі на ділянку розміром 1 мм.
The motion of electrons in a cylindrical magnetic field with the gradient-type potential is considered. The motion of electrons in the cylindrical magnetic field with the gradient-type potential is considered. It is found that in the selected field, the initial motion of electrons along the longitudinal axis is converted into motion along the radius. It is determined that such the transformation is due to the action of a solenoidal magnetic field with large longitudinal gradient. The transformation of the longitudinal direction of motion into the transverse one turned out to be stable in the energy range of 20...55 keV of electrons and in the range of 5...50 mm of radial dimensions of the particle beam. The main dependences of the motion of the electron beam in the given solenoidal magnetic field are studied with the help of the software tool. The results of numerical simulation of electron trajectories in the gradient magnetic field with the circular secondary emission cathode located in the middle of the system are presented. To study the mechanism of stability with respect to magnetic field, two experimentally realized magnetic fields were used. Based on these two fields, arrays of additional 4 fields are numerically synthesized. For the set of 6 named fields, the operation of the gun, in which the particle undergoes the stable transformation of the direction of motion, is numerically studied. It is shown that for the given electron energy and the fixed magnetic field, the parameter that determines the rotation of the particles is the magnetic field gradient at the boundary of the entry region. It is found that the rotation effect takes place for the considered range of radial beam sizes, which leads to particle focusing. The possibility is shown to control the vertical coordinate of the focused beam on the basis of the field adjustment, thereby giving the interpretation of the pore dependence of the registration of electrons on the detector. The dependence of the formation of the final distribution of particles on the amplitude and gradient of the magnetic field along the axis of the system is studied. The results of numerical simulation on the motion of the electron beam are presented. Based on the model of electron flow motion, the characteristics of the resulting electron beam are considered. It is shown that the beam, having radial dimensions of 5...50 mm, is transformed and focused vertically on the area of 1 mm.
The motion of electrons in a cylindrical magnetic field with the gradient-type potential is considered. The motion of electrons in the cylindrical magnetic field with the gradient-type potential is considered. It is found that in the selected field, the initial motion of electrons along the longitudinal axis is converted into motion along the radius. It is determined that such the transformation is due to the action of a solenoidal magnetic field with large longitudinal gradient. The transformation of the longitudinal direction of motion into the transverse one turned out to be stable in the energy range of 20...55 keV of electrons and in the range of 5...50 mm of radial dimensions of the particle beam. The main dependences of the motion of the electron beam in the given solenoidal magnetic field are studied with the help of the software tool. The results of numerical simulation of electron trajectories in the gradient magnetic field with the circular secondary emission cathode located in the middle of the system are presented. To study the mechanism of stability with respect to magnetic field, two experimentally realized magnetic fields were used. Based on these two fields, arrays of additional 4 fields are numerically synthesized. For the set of 6 named fields, the operation of the gun, in which the particle undergoes the stable transformation of the direction of motion, is numerically studied. It is shown that for the given electron energy and the fixed magnetic field, the parameter that determines the rotation of the particles is the magnetic field gradient at the boundary of the entry region. It is found that the rotation effect takes place for the considered range of radial beam sizes, which leads to particle focusing. The possibility is shown to control the vertical coordinate of the focused beam on the basis of the field adjustment, thereby giving the interpretation of the pore dependence of the registration of electrons on the detector. The dependence of the formation of the final distribution of particles on the amplitude and gradient of the magnetic field along the axis of the system is studied. The results of numerical simulation on the motion of the electron beam are presented. Based on the model of electron flow motion, the characteristics of the resulting electron beam are considered. It is shown that the beam, having radial dimensions of 5...50 mm, is transformed and focused vertically on the area of 1 mm.
Опис
Ключові слова
електронний пучок, магнетронна гармата, динаміка електронів, перетворення напряму руху, керування, градієнтне магнітне поле, математичне моделювання, electron beam, magnetron gun, electron dynamics, motion direction transformation, gradient magnetic field, control, mathematical modeling
Бібліографічний опис
Мазманішвілі О. С. Електронні пучки у градієнтному магнітному полі: управління перетворенням поздовжнього руху у поперечний / О. С. Мазманішвілі, М. Г. Решетняк, Г. Ю. Сидоренко // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Системний аналіз, управління та інформаційні технології = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : System analysis, control and information technology : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2023. – № 1 (9). – С. 27-32.