Поля релятивистских электронных пучков и эффекты когерентной генерации излучения в кристаллических, плазменных и диэлектрических структурах

Проведен анализ электромагнитного поля в окрестности фокуса концентратора излучения Вавилова - Черенкова (ИВЧ). В симметричном случае (заряд движется по оси структуры) построена двухмерная модель системы концентратор - заряд в пакете COMSOL Multiphysics, проведены ряд численных экспериментов и сравнение теории с результатами симуляций. Показано, что степень совпадения полей варьируется от практически идеальной (в фокальной плоскости) до хорошей. Смещение пиков интенсивности при отклонении фактической скорости заряда от расчетной также находится в полном соответствии с теорией. Верифицирован как эффект концентрации ИВЧ в рассматриваемой мишени, так и метод, развитый для описания излучения от аналогичных объектов. Проанализирован случай, когда заряд смещен с оси структуры. Отмечена выраженная асимметрия поля в окрестности фокуса, и исследовано смещение пиков продольного и поперечного полей в зависимости от смещения заряда. Рассмотрено взаимодействие одномерного протяженного сгустка заряда с "проволочным кристаллом" - периодической системой из тонких параллельных проводников. Проведен ряд симуляций (CST Particle Studio, COMSOL), и разработан аналитический подход на основе методов теории антенн в приближении, аналогичном кинетическому приближению теории параметрического рентгеновского излучения. Показано, что длинноволновый отклик с высокой точностью описывается известной усредненной теорией, а "дифракционный" отклик (с длинами волн порядка периода) разреженного кристалла адекватно описывается представленным аналитическим методом. Рассмотрена задача о рентгеновском излучении при каналировании релятивистских электронов в кристаллической пластинке. В рамках линейной теории возмущения рассчитана индуцированная пучком добавочная восприимчивость. Определены параметры пучка и кристалла, при которых начинается эффект "самоусиления спонтанного излучения". Показана реализуемость эффекта усиления излучения при удовлетворении условий Брэгга для кристаллов кремния и алмаза.Исследовано электромагнитное поле заряда, движущегося с постоянной скоростью вдоль оси вакуумного канала в замагниченной плазме (в идеальном случае бесконечного внешнего магнитного поля). Особое внимание уделено сравнению поля в окрестности траектории заряда для случаев замагниченной плазмы и холодной изотропной плазмы с каналом. Рассмотрена зависимость силы, действующей на заряд со стороны генерируемого электромагнитного поля, от скорости заряда. Показано, что существует диапазон скоростей, в котором тормозящая сила, действующая на заряд в замагниченной плазме, меньше, чем в случае движения заряда в изотропной плазме. Рассмотрена генерация электромагнитного излучения при движении пучка зарядов в кристалле в частотном диапазоне вблизи полосы поглощения. Для описания кристалла использована резонансная модель частотной дисперсии с поглощением; индуцированная пучком добавочная восприимчивость рассчитана в приближении холодной плазмы (в системе покоя пучка). Получен тензор диэлектрической проницаемости в лабораторной системе отчета.