عنوان پایان‌نامه
محاسبه بهره لیزر الکترون آزاد دو جربانی .در حضور پلاسما
- رشته تحصیلی
- فیزیک-اتمی‌ملکولی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5193
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- الهام ابن الرضا
- استاد راهنما
- سیدمجتبی فرزین آقامیر
- چکیده
- دو جریان الکترونی نسبیتی موازی با سرعت‌های متفاوت موجب رشد نمایی امواج بارفضا می‌شود. تزریق امواج پیش دسته‌بندی شده بداخل میدان مغناطیسی (ویگلر) شدت امواج الکترومغناطیسی برانگیخته را افزایش می‌دهد. یک روش برای افزایش دسته‌بندی، استفاده از دوباریکه الکترونی به جای یک باریکه است. به این نوع لیزر، لیزر الکترون آزاد دو جریانی می‌گویند. این پژوهش دارای دو بخش اصلی است. در بخش اول، لیزر الکترون آزاد دو جریانی در حضور پلاسمای گرم با ویگلر تخت بررسی می‌شود و رابطه پاشندگی توسط تئوری خطی سیالات بدست می‌آید. پارامترهای معادلات پاشندگی مفصلا مورد بررسی قرار می‌گیرد و نشان می‌دهد که با انتخاب درست مشخصات پلاسمای زمینه، تفاوت سرعت‌ها و چگالی نسبی دو باریکه نرخ رشد بطور چشمگیری افزایش می‌یابد و پهنای فرکانسی عملکرد پهن‌تر می‌شود. با افزایش دما در لیزر الکترون آزاد دو جریانی و لیزر الکترون آزاد دو جریانی در حضور پلاسما با یونهای ساکن نرخ رشد کاهش می‌یابد، اما وقتی در لیزر الکترون آزاد دو جریانی یونها را متحرک در نظر می‌گیریم افزایش دما موجب رشد قابل ملاحظه ای در نرخ رشد می‌شود که این موضوع می‌تواند بخاطر حرکت یونها و تشکیل کانال یونی باشد. در قسمت دوم، به شبیه‌سازی ناپایداری دو جریانی بصورت سه بعدی می‌پردازیم. این موضوع تا بحال در سه بعد مطالعه نشده است. حرکت الکترونها توسط معادله نیروی لورنتس در سه بعد توصیف می‌شود. معادله پاشندگی حاصل از درجه 60 است که بصورت عددی تحلیل شد. نتایج نشان دادند که وقتی جهت‌های عرضی هم در معادلات وارد می‌شود میزان نرخ رشد تا شش برابر بیشتر از آنالیزها در راستای طولی است. کلیدواژه :لیزر الکترون آزاد، لیزر الکترون آزاد دو جریانی در حضور پلاسما، ناپایداری دو جریانی
- Abstract
- Two parallel, relativistic electron streams with different velocities support unstable, exponentially growing space-charge waves. Injection of prebunched streams into a magnetic field(wiggler) enhances the intensity of parametrically excited electromagnetic wave. To improve bunching of free electron laser two electron beams are employed, this is so called two-stream free electron laser (FEL). A model of two-stream Free-Electron laser in the presence of warm plasma (PTSFEL) with planer wiggler pump is investigated. The dispersion relation is derived employing linear fluid theory. The characteristics of dispersion relation are analyzed in detail by numerical solutions, which show that the growth rate can be considerably enhanced and the operation frequency is significantly broadened with suitable parameters such as background plasma, separation velocity, and beam relative density. By increasing the temperature in TSFEL and PTSFEL with stationary ions the growth rate was decreased, however the considerable enhancement of the growth rate was acheived in PTSFEL considering the ions mobility. It was suggested that the mobility of ions lead to the increment of growth rate. A three-dimensional simulation of two stream instability is presented. This phenomenon has not been studied in three dimensions. The electron dynamics is described by the fully three- dimensional Lorentz force equation. The dispersion equation of order sixty has been solved numerically. The analysis in the case of warm background plasma shows that when the effects of traverse direction is taken into account peak growth rate is more than six times larger in comparison with the longitudinal analysis. keywords:free electron laser (FEL), two-stream free electron laser in presence of plasma (PTSFEL), two stream instability
