The frequency spectrum and energy content in a pulse flux of terahertz radiation generated by a relativistic electron beam in a plasma column with different density distributions
- Авторлар: Arzhannikov A.V.1, Sinitsky S.L.1, Samtsov D.A.1, Timofeev I.V.1, Sandalov E.S.1, Popov S.S.1, Atlukhanov M.G.1, Makarov M.A.1, Kalinin P.V.1, Kuklin K.N.1, Rovenskikh A.F.1, Stepanov V.D.1
-
Мекемелер:
- Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
- Шығарылым: Том 50, № 3 (2024)
- Беттер: 293-305
- Бөлім: OSCILLATIONS AND WAVES IN PLASMA
- URL: https://archivog.com/0367-2921/article/view/668866
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292124030042
- EDN: https://elibrary.ru/RGFQLU
- ID: 668866
Дәйексөз келтіру
Толық мәтін
Аннотация
This paper reports on the generation of a directed flux of electromagnetic radiation with an energy content of 10 J in the frequency range of 0.2—0.3 THz at a microsecond pulse duration in a beam-plasma system. The flux is generated when a relativistic electron beam (REB) pumps electron plasma waves in a magnetized plasma column. In the described experiments, this fundamentally new approach to generate terahertz radiation was carried out at the GOL-PET facility in the conditions of varying the beam current density and the plasma density in the appropriate ranges of 1—2 kA/cm2 and 1014—1015 cm−3. From the comparison of the flux energy spectrum measured experimentally in the frequency range 0.15—0.45 THz with the calculated one obtained using the previously proposed model of radiation generation in a beam–plasma system, it was shown that this process occurs through resonant pumping by REB of precisely the branch of upper-hybrid plasma waves. Mastering this new method to generate terahertz radiation opens the prospect of its use to obtain multi-megawatt radiation fluxes in the frequency range up to 1 terahertz and higher. For such a development approach the most promising beam for pumping plasma oscillations seems to be a kiloampere REB generated in a linear induction accelerator.
Толық мәтін

Авторлар туралы
A. Arzhannikov
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
S. Sinitsky
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
D. Samtsov
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: D.A.Samtsov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
I. Timofeev
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
E. Sandalov
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
S. Popov
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
M. Atlukhanov
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
M. Makarov
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
P. Kalinin
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
K. Kuklin
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
A. Rovenskikh
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
V. Stepanov
Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences (BINP SB RAS)
Email: A.V.Arzhannikov@inp.nsk.su
Ресей, Novosibirsk
Әдебиет тізімі
- Markelz A. G., Mittleman D. M. // ACS Photonics. 2022. V. 9. № 4. P. 1117.
- Cooper K. B., Dengler R. J., Llombart N., Thomas B., Chattopadhyay G., Siegel P. H. // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2011. V. 1. № 1. P. 169.
- Michalchuk A. L., Hemingway J., Morrison C. A. // The Journal of Chemical Physics. 2021. V. 154. № 6. P. 064105.
- Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Koidan V. S., Vyacheslavov L. N. // Physics of REB-Plasma Interaction. Physica Scripta. 1982. V. T2’2. P. 303.
- Ginzburg V. L., Zheleznyakov V. V. // Soviet Astronomy. 1959. V. 3. P. 235.
- Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Kalinin P. V., Kuznetsov S. A., Makarov M. A., Mekler K. I., Polosatkin S. V., Postupaev V. V., Rovenskikh A. F., Sinitsky S. L., Sklyarov V. F., Stepanov V. D., Sulyaev Yu.S., M. Thumm K. A., Vyacheslavov L. N. // Vestnik Novosibirsk State University. Ser.: Physics. 2010. V. 5. № 4. P. 44.
- Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Kuznetsov S. A., Makarov M. A., Mekler K. I., Postupaev V. V., Rovenskikh A. F., Sinitsky S. L., Sklyarov V. F. // Fusion Science and Technology. 2011. V. 59. № 1T. P. 74.
- Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Burmasov V. S., Gavrilenko D. E., Ivanov I. A., Kasatov A. A., Kuznetsov S. A., Mekler K. I., Polosatkin S. V., Postupaev V. V., Rovenskikh A. F., Sinitsky S. L., Sklyarov V. F., Vyacheslavov L. N. // Physics of Plasmas. 2014. V. 21. № 8.
- Timofeev A. V. // Phys. Usp. 2004. V. 47. № 6.
- Timofeev I. V., Annenkov V. V., Arzhannikov A. V.// Physics of Plasmas. 2015. V. 22. № 11. https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1063/1.4935890
- Arzhannikov V. A., Ivanov I. A., Kasatov A. A., Kuznetsov S. A., Makarov М. А., Mekler K. I., Polosatkin S. V., Popov S. S., Rovenskikh A. F., Samtsov D. A., Sinitsky S. L., Stepanov V. D., Annenkov V. V., Timofeev I. V. // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2020. V. 62. № 4.
- Arzhannikov A. V., Timofeev I. V. // Plasma Physics and Controlled Fusion. 2012. V. 54.
- Аржанников А. В., Тимофеев И. В. // Вестник Новосибирского гос. ун-та. Сер.: Физика. 2016. Т. 11. № 4. С. 78.
- Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Burmasov V. S., Gavrilenko D. E., Ivanov I. A., Kasatov A. A., Kuznetsov S. A., Mekler K. I., Polosatkin S. V., Postupaev V. V., Rovenskikh A. F., Sinitsky S. L., Sklyarov V. F., Vyacheslavov L. N. // Physics of Plasmas. 2014. V. 21. № 8.
- Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Burmasov V. S., IIvanov I.A., Kasatov A. A., Kuznetsov S. A., Makarov M. A., Mekler K. I., Polosatkin S. V., Popov S. S., Postupaev V. V., Rovenskikh A. F., Sinitsky S. L., Sklyarov V. F., Stepanov V. D., Timofeev I. V., Thumm M. K.A. // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2016. V. 6. № 2. P. 245
- Arzhannikov A. V., Burmasov V. S., Ivanov I. A., Kalinin P. V., Kuznetsov S. A.,Makarov M. A., Mekler K. I., Polosatkin S. V., Rovenskikh A. F., Samtsov D. A., Sinitsky S. L., Stepanov V. D., Timofeev I. V. // 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW–THz). IEEE. 2019.
- Samtsov D. A., Arzhannikov A. V., Sinitsky S. L., Makarov M. A., Kuznetsov S. A., Kuklin K. N., Popov S. S., Sandalov E. S., Rovenskikh A. F., Kasatov A. A., Stepanov V. D., Ivanov I. A., Timofeev I. V., Annenkov V. V., Glinskiy V. V. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2021. V. 49. № 11. P. 3371.
- Arzhannikov A. V., Sinitsky S. L., Popov S. S., Timofeev I. V., Samtsov D. A., Sandalov E. S., Kalinin P. V., Kuklin K. N., Makarov M. A., Rovenskikh A. F., Stepanov V. D., Annenkov V. V., Glinsky V. V. // IEEE Transactions on Plasma Science. 2022. V. 50. № 8. P. 2348.
- Аржанников А. В., Синицкий С. Л., Старостенко Д. А., Логачев П. В., Бак П. А., Никифоров Д. А., Попов С. С., Калинин П. В., Самцов Д. А., Сандалов Е. С., Атлуханов М. Г., Григорьев А. Н., Воробьёв С. О., Петров Д. В., Протас Р. В.// Физика плазмы. 2022. T. 48. № 10. C. 929.
- Arzhannikov A. V., Ivanov I. A., Kalinin P. V., Kasatov A. A., Makarov M. A., Mekler K. I., Rovenskikh A. F., Samtsov D. A., Sandalov E. S., Sinitsky S. L. // Journal of Physics: Conf. Ser. IOP Publ. 2020. V. 1647. № 1. P. 012011.
- Arzhannikov A. V., Bobylev V. B., Nikolaev V. S., Sinitsky S. L., Yushkov M. V., Zotkin R. P. // 9-th Inter. Conf. High–Power Particle Beams, Washington DC, 1992. Proceedings, V. II, Electron beams. P. 1117.
- Arzhannikov A. V., Makarov M. A., Samtsov D. A., Sinitsky S. L., Stepanov V. D. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2019. V. 942. P. 162349.
- Бурмасов В. С., Бобылев В. Б., Иванов А. А., Иваненко С. В., Касатов А. А., Касатов Д. А., Кругляков Э. П., Куклин К. Н., Попов С. С., Поступаев В. В., Пурыга Е. А., Ровенских А. Ф., Скляров В. Ф. // Приборы и техника эксперимента. 2012. T. 2. С. 120.
- Popov S. S., Vyacheslavov L. N., Ivantsivskiy M. V., Burdakov A. V., Kasatov A. A., Polosatkin S. V., Postupaev V. V. // Fusion Science and Technology. 2011. V. 59. № 1T. P. 292.
- Аржанников А. В., Макаров М. А., Калинин П. А., Касатов А. А., Куклин К. Н., Попов С. С., Самцов Д. А., Сандалов Е. С., Синицкий С. Л. // Сб. тез. докл. 48 межд. звенигородская конф. по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, 2021.
- Рогалин В. Е., Каплунов И. А., Кропотов Г. И. // Оптика и спектроскопия. 2018. Т. 125. № 6. С. 851.
- Arzhannikov A. V., Ivanov I. A., Kuznetsov S. A., Samtsov D. A., Lazorskiy P. A.,Gelfand A. V. // Proceedings of the 2021 IEEE22nd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials. IEEE, 2021. P. 101.
- Зайцев Н. И., Иляков Е. В., Ковнеристый Ю. К., Кораблев Г. С., Кулагин И. С., Лазарева И. Ю., Цалолихин В. И., Шульгин В. В. // Приборы и техника эксперимента. 1992. № 35. С. 153.
- Аржанников А. В., Синицкий С. Л., Самцов Д. А., Сандалов Е. С., Попов С. С., Атлуханов М. Г., Макаров М. А., Калинин П. В., Куклин К. Н., Ровенских А. Ф., Степанов В. Д. // Физика плазмы. 2022. T. 48. № 10. С. 929.
- Arzhannikov A. V., Burdakov A. V., Burmasov V. S., Koidan V. S., Konyukhov V. V.,Mekler K. I., Rogozin A. I., Vyacheslavov L. N. // Proc. 3rd Inter. Conf. High Power Elec. Ion Beam Res. Tech., Novosibirsk. 1979. P. 29.
- Аржанников А. В., Синицкий С. Л., Старостенко Д. А., Логачев П. В., Бак П. А., Никифоров Д. А., Попов С. С., Калинин П. В., Самцов Д. А., Сандалов Е. С., Атлуханов М. Г., Григорьев А. Н., Воробьёв С. О., Петров Д. В., Протас Р. В. // Сибирский физ. журн. 2023. Т. 18. № 1. С. 28.
Қосымша файлдар
