(по материалам докторской диссертации)
Цель работы: исследование методами математического моделирования сложной нелинейной динамики объемных лазеров на свободныхэлектронах (ОЛСЭ) с целью создания инструмента для выбора оптимальных параметров и повышения эффективности применения усилителей и генераторов перестраиваемого когерентного излучения для различных приложений в науке и коммерческих разработках, а также создание информационных инструментов для сохранения и популяризации ядерных знаний, в том числе полученных в рамках диссертации.
В работе разработаны обобщенные системы уравнений, описывающие различные варианты ОЛСЭ. Разработанные разностные схемы могут применяться при моделировании различных геометрий ОЛСЭ, а также поверхностных электромагнитных волн и поверхностных плазмонов. Разработан комплекс программ VOLC для экспресс-моделирования работы ОЛСЭ. Проведенное математическое моделирование подтвердило все основные физические закономерности и принципы работы ОЛСЭ. Показано, что для эффективной генерации существует оптимальный набор параметров системы. Впервые показано, что ОЛСЭ является динамической хаотической системой. Проведенное моделирование важно для будущих исследований с целью повышения эффективности генераторов и источников когерентного излучения в разных частотных диапазонах, реализации в экспериментальных исследованиях контроля и способов управления хаосом, а также выбора более оптимальных режимов работы ОЛСЭ. Создан электронный научно-образовательный портал ядерных знаний BelNET – составная часть белорусской системы современных ядерных знаний.
Результаты могут быть использованы для разработки мощных источников электромагнитного излучения разных частотных диапазонов для применения в физике высоких энергий и других областях науки и техники. Портал ядерных знаний BelNET может быть использован в учебном процессе вузов, а также для информирования и повышения интернет-культуры молодого поколения.
Modeling of nonlinear dynamics of electromagnetic radiation generated by charged particle beams in non-one-dimensional spatially periodic structures
(based on the Doctoral thesis)
Objective of the thesis: research using mathematical modeling methods of complex nonlinear dynamics of Volume Free Electron Laser (VFEL) with the aim of creating a tool for selecting optimal parameters and increasing the efficiency of using amplifiers and generators of tunable coherent radiation for various applications in science and commercial development, as well as creating information tools for preserving and popularizing nuclear knowledge, including received in the frame of the dissertation work results.
Generalized systems of equations are proposed that describe various variants of VFEL. The developed difference schemes can be used to simulate various VFEL geometries, as well as surface electromagnetic waves and surface plasmons. Computer program VOLC has been developed for express simulation of VFEL operation. The simulations carried out confirmed all the basic physical laws and operating principles of VFEL, and the generation thresholds for the experimental VFEL installations of the Institute for Nuclear Problems of Belarusian State University were obtained. It is shown for the first time that the VFEL is a dynamic chaotic. The conducted modelling is important for future research in order to increase the efficiency of generators and sources of coherent radiation in different frequency ranges, implement control and methods of chaos management in experimental studies, and select more optimal VFEL operating modes. An electronic scientific and educational portal of nuclear knowledge BelNET has been created as an integral part of the Belarusian system of modern nuclear knowledge.
The results can be used to develop powerful sources of electromagnetic radiation of different frequency ranges for the purpose of their use in high-energy physics and other fields of science and technology. The portal of nuclear knowledge BelNET can be used in the educational process of educational institutions, as well as to inform and to improve the Internet culture of the younger generation.