Estudio analítico y numérico del fenómeno de autoresonancia ciclotrónica espacial

dc.contributor.advisor Dugar-Zhabon, Valeriy Dondokovich
dc.contributor.author Orozco Ospino, Eduardo Alberto
dc.contributor.evaluator Ortiz P., José Arturo Tar
dc.contributor.evaluator Riascos Landázuri, Henry
dc.contributor.evaluator Mikhailov, Ilia Davidovich
dc.contributor.evaluator Núñez de Villavicencio Martínez, Luis Alberto
dc.date.accessioned 2022-04-01T04:36:42Z
dc.date.available 2022-04-01T04:36:42Z
dc.date.created 2012
dc.date.issued 2012
dc.description.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.
dc.description.abstractenglish An 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.cvlac https://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000510610
dc.description.degreelevel Doctorado
dc.description.degreename Doctor en Ciencias Naturales
dc.description.googlescholar https://scholar.google.com/citations?user=dYBgKpcAAAAJ&hl=es
dc.description.orcid https://orcid.org/0000-0002-9884-9250
dc.format.mimetype application/pdf
dc.identifier.instname Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9555
dc.language.iso spa
dc.publisher Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty Facultad de Ciencias
dc.publisher.program Doctorado en Ciencias Naturales
dc.publisher.school Escuela de Física
dc.rights http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.rights.license Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
dc.subject Haz de Electrones
dc.subject Autoresonancia Ciclotrónica
dc.subject Cavidad Aceleradora
dc.subject Método PIC
dc.subject.keyword Electrons Beam
dc.subject.keyword Cyclotron Autoresonance
dc.subject.keyword Accelerator Cavity
dc.subject.keyword PIC Method
dc.title Estudio analítico y numérico del fenómeno de autoresonancia ciclotrónica espacial
dc.title.english Analytical and numerical study of space cyclotron autoresonance phenomenon
dc.type.coar http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversion http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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