Particle beam dynamics in a magnetically insulated coaxial diode

Abstract

The dynamics of charged particle beams emitted from a cathode into a smooth coaxial diode with magnetic insulation is studied with the aid of 3-D PIC simulation. The processes controlling space charge formation and its evolution in the diode are modeled for geometries typical of high-voltage millimeter wave magnetrons that are characterized by very high values of emission currents, hence high space charge densities.

Шляхом тривимірного чисельного моделювання досліджено динаміку пучка заряджених частинок, які емітовані з катоду в коаксіальний діод з магнітною ізоляцією. Процеси, які визначають формування та еволюцію просторового заряду, моделюються для таких геометричних параметрів діодної структури, що є характерними для високовольтних магнетронів міліметрового діапазону. Такі пристрої відрізняються дуже високим емісійним струмом, отже, високими значеннями щільності некомпенсованої плазми. Розглянуто розвиток плазмових нестійкостей, що ними визначається розподіл зарядів та електромагнітного поля в системі.

Методом трехмерного численного моделирования исследуется динамика пучка заряженных частиц, эмиттируемых с катода в коаксиальный диод с магнитной изоляцией. Процессы, определяющие формирование и эволюцию пространственного заряда, моделируются для такой геометрии диодной структуры, которая характерна для высоковольтных магнетронов миллиметрового диапазона. Эти приборы отличаются очень высокими эмиссионными токами и, соответственно, высокими значениями плотности нескомпенсированной плазмы. Рассмотрены процессы развития плазменных неустойчивостей, которыми определяется распределение плотности заряда и электромагнитного поля в системе.