Dynamics of relativistic electron beams propagating in plasma channels

Abstract

В настоящей работе рассмотрены вопросы математического моделирования основных крупномасштабных неустойчивостей, сопровождающих распространение релятивистских электронных пучков (РЭП) в омической плазме. Особое внимание уделено наиболее деструктивным для транспортировки рассматриваемых пучков резистивной шланговой неустойчивости (РШН) и резистивной перетяжечной неустойчивости (РПН) РЭП. Исследована трекинг-сила, действующая на релятивистский электронный пучок, распространяющийся по предварительно созданному плазменному каналу низкой проводимости. Установлено, что процесс многократного кулоновского рассеяния заметно понижает пространственный рост РШН и РПН РЭП. Показано, что РШН имеет наибольшую амплитуду нарастания в случае, когда монопольное скиновое время примерно равно характерному времени зарядовой нейтрализации. Продемонстрировано, что усиление токовой нейтрализации приводит к существенному росту РПН. Установлено, что трекинг-сила убывает с ростом характерного времени модуляции тока.

Problems of mathematical model operation of the main large-scale instabilities are dealt with in this work. Special attention is paid to the most destructive for transportation of relativistic electron beams (REB) of the resistive hose instability (RHI) and the resistive sausage instability (RSI) of REB. The tracking force acting on a relativistic electron beam propagating through a pre-created low-conductivity plasma channel is investigated. It has been established that the process of multiple Coulomb scattering significantly reduces the RHI and the RSI of REB. It is shown that the RHI has the largest amplitude of increase in the case when the skin time is approximately equal to the time of charge neutralization. It has been demonstrated that the amplification of current neutralization leads to a significant increase of the RHI. It is established that the tracking force decreases with increasing characteristic time of current modulation.