Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ЧАСТИЦА — частица, кинетич. энергия к-рой S сравнима с энергией покоя тс2 или больше её (т — масса частицы, с — скорость света). Скорость Р. ч. близка к скорости света. Если S » тс*, частица иаз. ультрарелятивистской. Р. ч. получают в ускорителях заряженных частиц. РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА — раздел высокочастотной электроники, посвящённый использованию релятивистских электронных Пучков (РЭП) и (или) релятивистских эффектов для усиления, генерировании и преобразования эл.-магн. колебаний и воли. Релятивистские эффекты проявляются, как правило, при скоростях электронов V, соизмеримых со скоростью света с (v~ с), когда энергия электронов
='.у-лгw
существенно отличается от их энергии покоя S0 — = іще3 = 0,511 МэВ, т. е. при eU S0, где U — ус-
коряющий потенциал; однако роль этих эффектов Wh жет быть определяющей и в устройствах со слабор*-лятивистскими Vі с2 электронными пучками (иапр., в мазерах на циклотронним резонансе — МЦР), Поскольку повышение ускоряющего потенциала является наиб, действенным способом увеличения мощности электронных пучков [макс. ток в вакуумном канвйе возрастает в нерелятивистском случае по закону «рёх вторых»: /макс “ A if**, а в ультра релятивистском (Y > 1) — пропорц. ускоряющему потенциалу Умакс = = BU\, то Р. э. представляет собой прежде всего область электроники больших мощностей. Вместе с тек ряд релятивистских эффектов позволяет получать когерентное эл.-магн. кз л учение с очень высоккми частота-ми, недоступными для обычной нерелятивистской вакуумной электроники [см. Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ)1.
В Р, э. используются те же синхронизмы между электронами и эл.-магн. волнами (или, в общем случае, между спектральными компонентами ВЧ-полей), т. е. те же типы индуциров. излучения электроиов, что и в нерелятивистской классической электронике (табл.); однако особенности релятивистской кинематики в динамики релятивистского' электрона приводят к радикальным различиям между законами, определяющими работу релятийистсиих и соответствующих вере л ятив истс к их приборов, а также создают возможности реализации высокоэфф. приборов, не имеющих близких иерелятивистских аналогов. К числу важнейших эффектов, используемых Р. э., можно отнести следующие.
1. Поскольку при у —» оо зависимость скорости электронов от кх агіергки становится всё более слабой:
dv у 1
dS ~ S
то в системах с прямолинейными и слабо искривлёнными электронными пучками [иапр., в генераторах, основанных на индуцированных Черепкова — Вавилова излучении И переходном излучении, — лампе бегущей, волны (ЛБВ), лампе обратной волны (ЛОВ), твистроие, оротроне] группировка пучка электронов, модулированного ВЧ-полем, происходит на всё больших пространственных масштабах. В результате оптим. длина пространства взаимодействия L растёт пропорц. квадрату энергии электронов: LlX ~ у2, а продольную составляющую электрич. поля синхронной волны нужно
ВЧ-приборы с релятивистскими электронными пучками
Тип индуцированного излучения Синхронизмы Тип генератора (усилителя)
Черснкова—Вавилова Il 3 ЛБВ ЛОВ О ротрон Магнетрон
Переходное WtzkllV Клистрон Монотрон Твистрон
Тормозное &~k^v+ti)n Гиротрон МЦАР Убитрон (ЛСЭ)
рассеяние волн (параметрическое) Скаттрон
Примечание: ш и —частота волны и продольное волновое число, Wh — циклотронная частота, ю» и к{ — частота волны и продольное волновое число накачки.
г
уменьшать, как у-1 (тогда как в слабореляткви-стском случае обе эти величины пропорц. иорню ив величины энергии электронов). Такой закон подобия благоприятствует соадаиию мощных релятивистских электронных ВЧ-генераторов с высокоселек-тивиыми пространственно-развитыми эл.-динамич. системами.
2. При тормозном излучении электронов с ростом их энергии максимум спектральной интенсивности смещается в область частот, существенно превосходящих частоты, представленные в неравномерном (напр., ос-цилляториом) движении частиц. Так, электрон, вращающийся с частотой Й, излучает преим. на частотах <а /W Y8Q (синхротроииый эффект), а электрон, совершающий малые колебания с частотой Q и обладающий релятивистской поступат. скоростью Уд SS с, излучает в направлении своего поступат. движения на частотах ш ~ y2Q (релятивистский Доплера эффект). Аналогично этому при рассеянии волиы на электроне, движущемся навстречу ей с релятивистской скоростью, частота рассеянного излучения в <— у2 раз превышает частоту падающей волны (релятивистский Комптона эффект). Указанные эффекты открывают возможность для продвижения соответствующих ВЧ-генераторов — убитроиа, мазера на циклотронном авто резонансе (МЦАР), скаттрона — в особо коротковолновые диапазоны.
.3. Поскольку поперечная масса электронов в у* раз меньше продольной, то в отсутствие статич. поля, к-рое ограничивало бы их поперечное движение, группировка электронного пучка под действием ВЧ-мо-дуляции развивается в поперечном . направлении гораздо быстрее, чем в продольном. Этот эффект используется в секциоииров. приборах с поперечным отклонением электронов — гирококе й оптич. клистроне.
