Тип работы:
 Предмет:
 Язык работы:


Излучение Вавилова-Черенкова от дипольного источника, движущегося по оси канала в диэлектрическом конусе

Работа №127117

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

физика

Объем работы30
Год сдачи2023
Стоимость4820 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
27
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 2
2 Постановка задачи и методы её решения 4
3 Решение задачи 6
3.1 Падающее поле 6
3.2 Свободное поле в средах 1 и 2 8
3.3 Прохождение поля через внешнюю границу конуса 13
3.4 Интегралы Стреттона-Чу по апертуре 14
4 Анализ структуры поля 18
4.1 Поле на поверхности волнового фронта. Радиус основания освещенной части
конуса 6 Л 18
4.2 Поле на поверхности волнового фронта. Радиус основания освещенной части
конуса 20Л 18
4.3 Поле в плоскостях XZ, YZи XY. Радиус основания освещенной части конуса
6Л 18
4.4 Черепковский прожектор 21
5 Заключение 26
Список литературы

Излучение Вавилова-Черенкова (ИВЧ) было открыто в 1934 году П.А. Черенковым (аспирантом С.И. Вавилова) [5] и в последующие за открытием десятилетия активно исследовалось теоретически [6-8], а также нашло широкое применение в физике высоких энергий [9,10].
Под ИВЧ традиционно понимают электромагнитное излучение, генерируемое заряженной частицей (или сгустком таких частиц) при равномерном движении в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость электромагнитных волн в данной среде. Однако ИВЧ генерируется и в том случае, когда заряженная частица движется не в толще среды, а, например, в вакуумном канале в среде или вдоль её границы в вакууме [7] (частица взаимодействует со средой своим кулоновским полем). Более того, излучение черенковского типа (будем также называть его ИВЧ) генерируется в диэлектрике не только движущимся зарядома, но также и любым локализованным движущимся электромагнитным источником (если только его скорость превышает фазовую скорость электромагнитных волн в данной среде) [11].
В последние годы значительный интерес к эффекту Вавилова-Черенкова вызван рядом его перспективных применений. К тематике данной работы непосредственно относится направление, связанной с генерацией ИВЧ в диэлектрических объектах большого (в масштабе характерных длин волн) размера и сложной формы. К ним, в частности, относится коническая мишень с каналом, ИВЧ от которой анализировалось в ряде недавних экспериментальных и теоретических работ [18-20]. Значительный интерес также вызывают различные диэлектрические объекты с плоскими гранями (плоско-параллельные пластины, призмы) в связи с перспективами их применения для маловозмущающей диагностики заряженных сгустков на линейных и кольцевых ускорителях [21]. Излучение от движущегося импульса поляризации (т.е. от движущегося источника дипольного типа), возникающего в нелинейной среде за счет эффекта “оптического детектирования” мощного лазерного излучения [22], широко используется в современных терагерцовых генераторах (наиболее часто используется схема с наклонным фронтом лазерного импульса) [23]. Перспективная модификация описанного метода конверсии лазерного излучения в терагерцовое состоит в разделении объекта (нелинейного кристалла), в котором происходит оптическое детектирование и движение импульса, и объекта из обычного линейного диэлектрика (собственно радиатора), в котором генерируется ИВЧ [24]. Различные варианты составных генераторов активно исследуются в последние годы [25], типичной формой радиатора является конус или призма. Область бегущей поляризации можно смоделировать как перемещающийся электрический дипольный момент (или некоторое распределение такого дипольного момента). Следует отметить, что различные аспекты излучения движущихся диполей давно и активно исследовались в литературе [8,26]. Рассматривались даже такие сложные конфигурации, когда диполи различного типа перемещаются относительно движущихся сред [27,28]. Однако задачи со сложной геометрией, возникающей в вышеописанных перспективных направлениях, практически не рассматривались или рассматривались недостаточно строго. Этому аспекту и посвящена данная квалификационная работа.
При расчете излучения от упомянутых объектов сложной формы приходится сталкиваться с существенными трудностями, т.к. соответствующие задачи не могут быть решены аналитически ввиду сложности геометрии (несколько граничных поверхностей, наличие угловых областей и т.д.). Поэтому конструктивным подходом к данному вопросу является построение надежного приближенного метода, позволяющего получать результат с контролируемой точностью в наиболее интересной (с точки зрения генерации ИВЧ) области пространства. На протяжении последних лет такой метод активно развивался научной группой, в которой выполнена данная квалификационная работа [19, 20] и этот метод будет применяться ниже. Особенностью данной работы служит дипольный тип рассматриваемого источника ИВЧ, который лишает данную задачу осевой симметрии и существенно усложняет ее. Таким образом, данная работа вносит существенный вклад в развитие упомянутого метода, расширяя его применимость на несимметричные источники. Отметим также, что развитие аналитического подхода для расчета ИВЧ при отсутствии осевой симметрии имеет гораздо большее значение по сравнению с симметричным случаем, т.к. численное моделирование в данной ситуации становится трехмерным, что кардинально повышает требования к вычислительным ресурсам.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!
ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ
КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

В данной квалификационной работе сделан очередной существенный шаг в развитии комбинированного приближенного метода для анализа ИВЧ от больших диэлектрических объектов с несколькими резкими граничными поверхностями, развивавшийся на протяжении последних лет в научной группе исполнителя. На данном этапе метод обобщен на случай неосесиметричного источника (в виде вертикального диполя), движущегося в ортогональном себе направлении внутри канала в коническом объекте. Получен ряд важных результатов о характере распределения поля ИВЧ вне конуса в различных сечениях (продольных, поперечных, азимутальных) и процессе его формирования по мере удаления от мишени. Отдельное внимание уделено анализу режима “черепковского прожектора”: показано, что ожидаемая асимметрия поля выражена достаточно слабо (гораздо слабее, чем при параметрах, далеких от режима “прожектора”). Результаты работы могут применяться при анализе терагерцового излучения от составных радиаторов (нелинейное “ядро” для преобразования лазерного импульса в бегущий импульс поляризации и собственно радиатор из линейного материала).


[1] Тюхтин А.В., Излучение Вавилова-Черенкова в изотропной среде. Учебное методическое пособие // СПб.: СОЛО, 2019 - 78 с.
[2] Петевка Ю.Ю., Бакалаврская выпускная квалификационная работа, Анализ влияния распределения заряда в пучке частиц на его излучение при равномерном движении в диэлектрической среде, СПбГУ, 2021
[3] K.-Y. Ng, “ Wake fields in a dielectric-lined waveguide”, // Physical Review D 42, 1819 (1990).
[4] A. M. Altmark, A. D. Kanareykin, and I. L. Sheinman, “Tunable wakefield dielectric-filled accelerating structure”, // Tech. Phys. 50, 87 (2005).
[5] Черенков П.А., “Видимое свечение чистых жидкостей под действием д-радиации” // ДАН СССР. Т. 2. С. 451 (1934).
[6] Болотовский Б.М., “Эффект Вавилова-Черекова в безграничной среде и кристаллах (I¬II)” // УФН. Т. 62. № 3. С. 201 (1957).
[7] Болотовский Б.М., “Теория эффекта Вавилова-Черекова (III)” // УФН. Т. 75. > 2. С. 295 (1961).
[8] Франк И.М., Излучение Вавилова-Черенкова: вопросы теории, // М.: Наука, 1988. - 284 с.
[9] Джелли Дж., Черенковское излучение и его применения, пер. с англ. // М., 1960.
[10] Зрелов В.П., Излучение Вавилова - Черенкова и его применение в физике высоких энергий, ч. 1-2 // М., 1968.
[11] Askar’yan, G.A., “Cerenkov Radiation and Transition Radiation from Electromagnetic Waves” // Soviet Physics - JETP, V. 15. No. 5. P. 943 (1962).
[12] O’Shea B.D., Andonian G., Barber S., Fitzmorris K., Hakimi S., Harrison J., Hoang P.D., Hogan M.J., Naranjo B., Williams O.B., Yakimenko V., and Rosenzweig J., “Observation of acceleration and deceleration in gigaelectron-volt-per-metre gradient dielectric wakefield accelerators”, // Nature Communications. V. 7. P. 12763 (2016).
[13] Wang D., Su X., Du Y., Tian Q., Liang Y., Niu L., Huang W., Gai W., Yan L., Tang C., and Antipov S., “Non-perturbing THz generation at the Tsinghua University Accelerator Laboratory 31 MeV electron beamline”, // Review of Scientific Instruments. V. 89. P. 093301 (2018).
[14] Galyamin S.N., Tyukhtin A.V., Antipov S., and Baturin S.S., “Terahertz radiation from an ultra-relativistic charge exiting the open end of a waveguide with a dielectric layer”, // Optics Express. V. 22. P. 8902 (2014).
[15] Zhao L., Wang Z, Tang H, Wang R., Cheng Y., Lu C., Jiang T., Zhu P., Hu L., Song W., Wang H., Qiu J., Kostin R., Jing C., Antipov S., Wang P., Qi J., Cheng Y., Xiang D., and Zhang J., “Terahertz Oscilloscope for Recording Time Information of Ultrashort Electron Beams”, // Physical Review Letters. V. 122. P. 144801 (2019).
[16] L. Zhao, H. Tang, C. Lu, T. Jiang, P. Zhu, L. Hu, W. Song, H. Wang, J. Qiu, C. Jing, S. Antipov, D. Xiang, and J. Zhang, “Femtosecond Relativistic Electron Beam with Reduced Timing Jitter from THz Driven Beam Compression”, // Physical Review Letters. V. 124. P. 054802 (2020).
[17] Mayet F., Assmann R., and Lemery F., “Longitudinal phase space synthesis with tailored 3D-printable dielectric-lined waveguides”, // Physical Review Accelerators and Beams. V. 23. P. 121302 (2020).
[18] Sei N, Takahashi N., “First demonstration of coherent Cherenkov radiation matched to circular plane wave”, // Scientific Reports. V. 7. P. 17440 (2017).
[19] Tyukhtin A.V., Galyamin S.N., and Vorobev V.V., “Peculiarities of Cherenkov radiation from a charge moving through a dielectric cone”, // Physical Review A. V. 99. P. 023810 (2019). Show Abstract
[20] Tyukhtin A.V., Galyamin S.N., Vorobev V.V., and Grigoreva A.A., “Cherenkov radiation of a charge flying through the inverted conical target”, // Physical Review A. V. 102. P. 053514 (2020).
[21] Curcio A., Bergamaschi M., Corsini R., Farabolini W., Gamba D., Garolfi L., Kieffer IL. Lefevre T., Mazzoni S., Fedorov K., Gardelle J., Gilardi A., Karataev P., Lekomtsev K., Pacey T., Saveliev Y., Potylitsyn A., and Senes E., “Noninvasive bunch length measurements exploiting Cherenkov diffraction radiation”, // Physical Review Accelerators and Beams. V. 23. No. 2. P. 022802 (2020).
[22] Bass M., Franken P.A., Ward J.F., and Weinreich G., “Optical Rectification”, // Physical Review Letters. V. 9. No. 11. P. 446-448 (1962).
[23] Wang L., Toth G., Hebling J., and Kartner F., “Tilted-Pulse-Front Schemes for Terahertz Generation”, // Laser & Photonics Reviews. V. 14. P. 2000021 (2020).
[24] Bodrov S.B., Bakunov M.I., and Hangyo M., “Efficient Cherenkov emission of broadband terahertz radiation from an ultrashort laser pulse in a sandwich structure with nonlinear core”, // Journal of Applied Physics. V. 104. P. 093105 (2008).
[25] Bakunov M.I., Efimenko E.S., Gorelov S.D., Abramovsky N.A., and Bodrov S.B., “Efficient Cherenkov-type optical-to-terahertz converter with terahertz beam combining”, // Optics Letters. V. 45. No. 13. P. 3533 (2020).
[26] Afanasiev G.N., Vavilov-Cherenkov and Synchrotron Radiation. Foundations and Applications, // Kluwer Academic Publishers, 2005.
[27] Doil’nitsina, E.G., Tyukhtin A.V., “Features of Radiation Fields of Some Sources in a Subluminal Flow of a Nondispersive Medium”, // Radiophysics and Quantum Electronics. V. 46. No. 1. P. 20 (2003).
[28] Доильницина Э.Г., Тюхтин А.В., “О потерях энергии диполей, перемещающихся относительно движущейся среды”, // Известия вузов. Радиофизика. Т. XLIX. > 6. С. 502 (2006).
[29] Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И., Интегралы и ряды. Специальные функции // М.: Наука, 1983. - 751 с.
[30] Ватсон Г.И., Теория Бесселевых функций. Часть 1. Перевод со 2-ого английского издания В.С. Бермана // М.: Издательство иностранной литературы, 1949. - с. 89-92

Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ
.