Estudio analítico y numérico del fenómeno de autoresonancia ciclotrónica espacial
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Date
2012
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
Se presenta un estudio analítico y numérico de un nuevo método de aceleración ciclotrónica resonante de electrones por ondas transversales eléctricas estacionarias, con polarización circular y frecuencia constante, en campos magnéticos estáticos no homogéneos con simetría axial. La principal característica de este método consiste en el mantenimiento continuo de las condiciones de resonancia ciclotrónica a lo largo de las trayectorias tridimensionales helicoidales de los electrones, a pesar del crecimiento de sus masas relativistas. Esto se logra mediante un incremento apropiado del campo magnético a lo largo de la dirección de propagación del haz de electrones. Este método de aceleración fue propuesto por el profesor Valeriy D. Dugar-Zhabon, director del grupo de investigación de Física y Tecnología del Plasma y Corrosión (FITEK) de la Universidad Industrial de Santander (UIS) y fue denominado Spatial AutoResonance Acceleration (SARA).
En la primera parte de esta tesis se estudia la aceleración continua de un electrón por un campo de microondas en un campo magnetostática no homogéneo, mediante solución numérica de la ecuación relativista de Newton-Lorentz. En esta parte, el perfil de campo magnética es determinado por el método de prueba y error. La siguiente parte es dedicada al estudio analítico del mecanismo SARA, donde se obtiene un conjunto de ecuaciones diferenciales acopladas y no lineales las cuales describen la evolución temporal de la diferencia de fase entre la velocidad transversal del electrón y el campo eléctrico de microondas, la energía y la velocidad longitudinal del electrón durante su movimiento en la dirección del aumento del campo magnética. A partir de este conjunto de ecuaciones se deriva una expresión analítica que garantiza el mantenimiento del régimen de aceleración SARA. En la tercera parte, se realiza un análisis numérico del efecto de la carga espacial sobre las condiciones de resonancia de haces de electrones de diferentes intensidades utilizando el método Particle-in-cell (PIC ) y una aproximación electrostática. Finalmente se estudia numéricamente el efecto de un campo electrostático externo axialmente simétrico sobre la eficiencia en la ganancia de energía en el régimen SARA.
Description
Keywords
Haz de Electrones, Autoresonancia Ciclotrónica, Cavidad Aceleradora, Método PIC