Estudio analítico y numérico del fenómeno de autoresonancia ciclotrónica espacial

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dc.contributor.advisorDugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
dc.contributor.authorOrozco Ospino, Eduardo Alberto
dc.contributor.evaluatorOrtiz P., José Arturo Tar
dc.contributor.evaluatorRiascos Landázuri, Henry
dc.contributor.evaluatorMikhailov, Ilia Davidovich
dc.contributor.evaluatorNúñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto
dc.date.accessioned2022-04-01T04:36:42Z
dc.date.available2022-04-01T04:36:42Z
dc.date.created2012
dc.date.issued2012
dc.description.abstractSe 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.
dc.description.abstractenglishAn analytical and numerical study of a new method of cyclotron resonant acceleration of electrons by a circular polarized standing electromagnetic wave in an axisymmetric steady-state magnetic field is presented. The principal characteristic of this method is to maintain the electrons in the space cyclotron autoresonance regime in his 3D helical trajectories despite the increase of the electron relativistic mass. It is reached through an appropriate increase of the magnetic field along electron beam propagation. This method was proposed by professor Valeriy D. Dugar-Zhabon, director of research group of Física y Tecnología del Plasma y Corrosión (FITEK) of the Universidad Industrial de Santander (UIS) and it was called Spatial AutoResonance Acceleration (SARA). The continuous acceleration of an electron by a microwave field in a inhomogeneous magnetostatic field was studied in the first part of the thesis through numerical solution of the relativistic Newton-Lorentz equation. In this part, the magnetic field profile is determined by the trial-and-error method. The next part is dedicated to analytical study of SARA mechanism where a set of nonlinear coupled differential equations which describe the time evolution of the phase difference between the velocity transversal component and the electric microwave field, the energy and longitudinal velocity of electron during its motion in the sense of the magnetic field increase is obtained. An analytical expression for the magnetic field configuration which guarantees the maintenance of the SARA acceleration regime is derived from this set of equations. In the third part, a numerical analysis of the effect of the spatial charge on the resonance conditions of electrons beam of different intensities is made using Particle-in-Cell method and an electrostatic approximation. Finally an impact of an axisymmetric electrostatic field on the electron energy gain efficiency in the SARA regime is studied numerically.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000510610
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ciencias Naturales
dc.description.googlescholarhttps://scholar.google.com/citations?user=dYBgKpcAAAAJ&hl=es
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-9884-9250
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9555
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ciencias
dc.publisher.programDoctorado en Ciencias Naturales
dc.publisher.schoolEscuela de Física
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectHaz de Electrones
dc.subjectAutoresonancia Ciclotrónica
dc.subjectCavidad Aceleradora
dc.subjectMétodo PIC
dc.subject.keywordElectrons Beam
dc.subject.keywordCyclotron Autoresonance
dc.subject.keywordAccelerator Cavity
dc.subject.keywordPIC Method
dc.titleEstudio analítico y numérico del fenómeno de autoresonancia ciclotrónica espacial
dc.title.englishAnalytical and numerical study of space cyclotron autoresonance phenomenon
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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