В.Б. Лапшин 1, А.А. Скубачевский 2, А.С. Бугаев 3

1,2 Московский физико-технический институт (г. Долгопрудный, Россия)

3 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (Москва, Россия)

1 lapshin-vb1@mail.ru, 2 antonious007@yandex.ru, 3 bugaev@cos.ru

Постановка проблемы. В работе рассматривается точное численное решение полной системы уравнений движения электрона в неоднородных электромагнитных полях. В классической постановке траектория электрон в электромагнитной волне находится как решение системы нелинейных нестационарных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами.

Цель. Построить 4d-траекторию электрона в неоднородной электромагнитной волне и изучить особенности траектории электрона в неоднородной электромагнитной волне в зависимости от начальных и граничных условий.

Результаты. Создан программно-аппаратный комплекс, позволяющий моделировать произвольные неоднородные электромагнитные волны с помощью суперпозиции плоских, произвольно направленных по отношению к друг другу монохроматических волн. Получены энергетические и спектральные характеристики электрона, инжектированного в заданную интерференционную структуру, созданную набором плоских монохроматических электромагнитных волн. Предложен подход, позволяющий моделировать широкий спектр неоднородных электромагнитных волн, создаваемых суперпозицией плоских произвольно направленных по отношению друг к другу монохроматических электромагнитных волн.

Практическая значимость. Численные расчеты показали линейную зависимость Ω( )E в широком диапазоне амплитуд электрического поля неоднородной электромагнитной волны. При увеличении электрического поля зависимость Ω( )E становится нелинейной. Сопоставление предельных скоростей, полученных в результате точного численного решения, и скоростей, полученных методом возмущений [6], показывает хорошее совпадение при значениях ω0 , заметно отличающихся от Ω .

Лапшин В.Б., Скубачевский А.А., Бугаев А.С. Особенности траектории электрона в неоднородной электромагнитной волне по данным численного моделирования // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 12(23). С. 30−40.  DOI: 10.18127/j00338486-202012(23)-04.

1. Волков Д.М. Электрон в поле плоских неполяризованных электромагнитных волн с точки зрения уравнения Дирака // ЖЭТФ.1937. Т.7. Вып.2. С.1286−1289.
2. BagrovV.G., GitmanD.M.TheDiracequationanditssolutions. Boston:Walter De Gruyter, 2014. 440 p.
3. БолотовскийБ.М., СеровА.В. Особенности движения частиц в электромагнитной волне // УФН. 2003. Т. 173. № 6. С. 667−678. 
4. ЛандауЛ.Д., ЛифшицЕ.М.ТеорияполяМ.: Наука. 1973. 507с.
5. Gaponov A.V., Mille, M.A. Potential wells for charged particles in a high-frequency electromagnetic field //JETP. 1958. V.7(1).  Р. 168–169.
6. Серов А.В. Пропорциональная Е4пондеромоторная сила, действующая на заряженную частицу, пересекающую неоднородную электромагнитную волну // Квантовая электроника. 1998. Т. 25. №3. С. 197–200. 
7. Серов А.В. Распределения заряженных частиц, инжектированных точечным источником в плоскую электромагнитную волну // Краткие сообщения по физике. 2002. №8. С. 27−33.
8. Андреев С.Н., Макаров В.П., Рухадзе А.А. О движении частицы в плоской монохроматической электромагнитной волне // Квантовая электроника. 2009. Т.39. № 1. С. 68−72. 
9. Андреев С.Н., Еремеичева Ю.И., Макаров В.П., Рухадзе А.А., Тараканов В.П. О движении заряженной частицы в плоской квазимонохроматической электромагнитной волне // Препринты ИОФ им. А.М. Прохорова. 2013. №3. 31 с. 
10. Буц В.А., Буц А.В. Динамика заряженных частиц в поле интенсивной поперечной электромагнитной волны // ЖЭТФ. 1996. Т.110. Вып.3(9). С. 818−831.
11. Копытов Г. Ф., Мартынов А. А., Акинцов Н. С. Экологический вестник научных центров ЧЭС. 2014. №2. С. 39–43 
12. Лапшин В.Б., Скубачевский А.А., Белинский А.В., Бугаев А.С. Спектр излучения и траектория заряженной частицы в поле неоднородной электромагнитной волны // Докладыакадемиинаук. 2019. Т.488. №6. С.1−5.
13. Fedorov M.V., Goreslavsky S.P., Letokhov V.S. Ponderomotive forces and stimulated Compton scattering of free electrons in a laser field // Phys. Rev. E. U.S.: American Physical Society. 1997. V. 55. №1. Р. 1015−1027. 
14. Лапшин В.Б., Котонаева Н.Г., Перминова Е.С.Сопоставление мощностей тормозного и циклотронного излучений в ионосферной плазме при ее нагреве мощными КВ-радиоволнами // Электромагнитные волны и электронные системы. 2016.  Т.21. № 9. С. 43–48.