Latent fields in a beam-plasma system

Abstract

In a beam-plasma systems embedded in a magnetic field “paramagnetic” states of the beam can be realized with increased to the axis of the system or varied along the system full magnetic field under the condition of conservation of magnetic flux. Magnetic field concentrates near the axis, and this modification is latent as the field out of plasma channel changes insignificantly in comparison with the given external field. Radial focusing of the beam is ensured by electrostatic field of an ion pivot. If the external magnetic field changes in longitudinal direction then the value of magnetic field from the region of beam injection can be transferred along pre-axis region of the system. Different beam-plasma systems were considered by means of computer simulation. Computer simulation was performed using electromagnetic PIC code KARAT.

При инжекции сильноточного пучка в плазму сравнимой плотности, находящуюся во внешнем магнитном поле, возможна реализация метастабильных состояний как с реверсом магнитного поля, так и с увеличением магнитного поля к оси системы. Радиальная фокусировка пучка обеспечивается при этом как собственным азимутальным магнитным полем, так и электростатическим полем ионного остова, образующегося после выталкивания плазменных электронов пространственным зарядом пучка. Из-за такого комбинированного удержания возникают особенности, которые невозможно наблюдать при транспортировке заряженного пучка в вакууме. В однородной в аксиальном направлении системе, находящейся в однородном продольном магнитном поле, возможно увеличение магнитного поля в приосевой области в несколько раз по сравнению с внешней, а если внешнее магнитное поле меняется в продольном направлении, возникает эффект «прокола» внешнего поля собственным магнитным полем пучка. Обращает на себя внимание латентность суммарного магнитного поля. На границе плазменного столба поле меняется слабо по сравнению с исходным, в то время как все существенные изменения происходят в приосевой области. С помощью численного моделирования по электромагнитному коду КАРАТ рассмотрены различные пучково-плазменные системы.

При інжекції сильнострумового пучка в плазму порівнянної щільності, що знаходиться в зовнішньому магнітному полі, можлива реалізація метастабільних станів як з реверсом магнітного поля, так і зі збільшенням магнітного поля до осі системи. Радіальне фокусування пучка забезпечується при цьому як власним азимутним магнітним полем, так і електростатичним полем іонного остову, що утворюється після виштовхування плазмових електронів просторовим зарядом пучка. Із-за такого комбінованого утримання виникають особливості, які неможливо спостерігати при транспортуванні зарядженого пучка у вакуумі. У однорідній в аксіальному напрямку системі, що знаходиться в однорідному подовжньому магнітному полі можливе збільшення магнітного поля в приосевій області у декілька разів в порівнянні із зовнішній, а якщо зовнішнє магнітне поле міняється в подовжньому напрямі, виникає ефект "проколу" зовнішнього поля власним магнітним полем пучка. Звертає на себе увагу латентність сумарного магнітного поля. На межі плазмового стовпа поле міняється слабо в порівнянні з початковим, тоді як усі істотні зміни відбуваються в приосевій області. За допомогою чисельного моделювання за електромагнітним кодом КАРАТ розглянуті різні пучково-плазмові системи.