Нелинейная динамика продольных структур в электронном облаке коаксиального электронно-струнного ионного источника

Проведено 2.5-D PIC-моделирование коаксиальной электронной ловушки с внутренним анодным электродом. Было обнаружено, что при достижении циркулирующим током значения предельного вакуумного тока в ловушке формируется виртуальный катод (ВК), а затем сжатое состояние пучка (распределенный ВК). Найдено, что процесс установления сжатого состояния характеризуется сложной нелинейной динамикой, когда участки сжатого состояния чередуются участками двухпотокового состояния (фазовые пузыри). Фазовые дыры по физической природе аналогичны известным в плазме структурам Берштейна–Грина–Крускала. Было обнаружено, три вида фазовых дыр, отличающихся друг от друга своей динамикой (вибрирующие, летящие и хаотические дыры). При рассмотрении фазовых дыр в качестве квазичастиц найдено несколько каналов их взаимодействия при парных столкновениях. Проанализированы перспективы применения коаксиальной ловушки в качестве источника высокозарядных ионов. Несмотря на то что режим со сжатым состоянием пучка дает большее число накопленных электронов по сравнению с обычным двухпотоковым режимом, средняя кинетическая энергия при наличии ВК оказывается существенно сниженной. Предложен метод борьбы с этим снижением, который заключается в увеличении значения предельного вакуумного тока для аксиальной геометрии с внутренним электродом.