Short cylindrical electron bunch dynamics and wake fields` excitation in plasma with the external magnetic field

Abstract

Dynamics of the non-relativistic cylindrical electron bunch injected into the homogeneous plasma along the external magnetic field was studied using computer simulation via PIC method. The initial bunch length was equal to the wake wave length of the background plasmas. The simulation results are compared with the case without magnetic field. It is shown that strong external magnetic field suppresses the radial bunch defocusing but moves to the further longitudinal expansion of the bunch. As a result the area of the wake wave excitation grows substantially. Periodicity of the background plasma current is determined by the excited wake wave.

Досліджена динаміка нерелятивістського циліндричного електронного згустку, інжектованого в однорідну плазму вздовж силових ліній зовнішнього магнітного поля, за допомогою комп’ютерного моделювання методом крупних частинок. Початкова довжина згусткa дорівнює довжині кільватерної хвилі у фоновій плазмі. Результати моделювань порівнюються з відповідними результатами за відсутності магнітного поля. Показано, що сильне зовнішнє магнітне поля пригнічує радіальне дефокусування згусткa, але призводить до інтенсивнішого розширення згусткa в поздовжньому напрямку. У результаті область збудження кільватерної хвилі суттєво зростає. Спостерігається періодичність у просторовому розподілі струмів фонової плазми, що визначається структурою кільватерної хвилі.

Представлены результаты исследования динамики нерелятивистского электронного сгустка, инжектированного в однородную плазму при воздействии внешнего магнитного поля, с помощью компьютерного моделирования методом частиц в ячейках. Начальная длина сгустка равна длине кильватерной волны в фоновой плазме. Результаты моделирований сравниваются с соответствующими результатами без магнитного поля. Показано, что сильное магнитное поле подавляет радиальную дефокусировку сгустка, но приводит к его быстрому расширению в продольном направлении. В результате область возбуждения кильватерной волны существенно возрастает. Наблюдается периодичность в пространственном распределении токов фоновой плазмы, обусловленная структурой кильватерной волны.