Estudio de la aceleración ciclotrónica autoresonante de electrones por modos cilíndricos TE01p
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Date
2021
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Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
Los electrones pueden acelerarse bajo la influencia de una onda electromagnética (OEM) transversal eléctrica (TE) y un campo
magnético externo homogéneo. En el caso de una OEM estacionaria, si la frecuencia de rotación del electrón coincide con la frecuencia de dicha
onda, tiene lugar el fenómeno de resonancia ciclotrónica electrónica (ECR). En condiciones ECR, el campo de microondas transfiere energía al
electrón. Para OEM viajeras o estacionarias, puede presentarse el fenómeno de autoresonancia ciclotrónica, donde la acción del campo magnético
externo garantiza que haya resonancia. Se presenta un estudio teórico y computacional de la aceleración ciclotrónica resonante y autoresonante por
el modo cilíndrico TE01p en presencia de campos magnéticos estáticos: homogéneos y no homogéneos, y homogéneos variables en el tiempo. Se
toman como base dos mecanismos: Spatial AutoResonance Acceleration (SARA) y GYro-Resonant ACcelerator (GYRAC), que utilizan un campo
magnetostático no homogéneo y un campo magnético variable en el tiempo, respectivamente. Para comprender la interacción onda-partícula,
se descompone localmente el campo eléctrico de microondas, como la superposición de dos ondas polarizadas circularmente. La trayectoria, la
energía y la diferencia de fase se determinan mediante la solución numérica de la ecuación relativista de Newton-Lorentz, utilizando un esquema
en diferencias finitas. Utilizando una intensidad de 14 kV/cm a una frecuencia de 2:45 GHz, los electrones inyectados con 4 keV en el sistema
SARA-TE011 alcanzan una energía de 183 keV, un 13:5% mayor respecto del obtenido utilizando campo homogéneo. Con el sistema GYRAC-TE011
y una intensidad de 1 kV/cm se alcanzaron energías del orden de los MeV. Este estudio sirve de base para el desarrollo de fuentes de radiación: Con
SARA-TE011 podrían generarse rayos X blandos, mientras que con GYRAC-TE011 podría desarrollarse una fuente de radiación sincrotrónica.
Description
Keywords
Aceleración ciclotrónica, Autoresonancia, Campo de microondas, Onda electromagnética estacionaria, Diferencias finitas