Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Исследовано излучение пучка заряженных частиц, движущихся по оси круглого металлического волновода c диэлектрическим заполнением и гофрированной стенкой, в предположении, что длины рассматриваемых волн и радиус волновода много больше периода и глубины гофрирования. Аналитическое решение задачи построено с помощью метода эквивалентных граничных условий (ЭГУ). Волновое поле представлено в виде ряда распространяющихся волноводных мод. Получены приближения для двух частных случаев и построена программа расчета компонент поля излучения. Показано, что мелкое гофрирование стенки волновода, как правило, приводит к понижению частот волноводных мод по сравнению со случаем гладкого волновода с тем же заполнением. Амплитуды мод для случая точечного заряда, как правило, меньше, чем в гладком волноводе, но для протяженного пучка частиц могут быть и больше. Для случая точечного заряда увеличение амплитуд мод по сравнению с гладким волноводом возможно только при скорости движения заряда, близкой к скорости света в среде. Исследована генерация излучения пучком заряженных частиц, который движется по оси круглого металлического вакуумного волновода, состоящего из двух частей: гофрированной (с малым периодом) и гладкой. Рассмотрены случаи вылета заряда из гофрированной части и влета в нее. Получены аналитические решения обеих данных задач. Для случая, когда пучок вылетает из гофрированной части структуры в вакуумную, показано, что в вакуумной части образуется почти монохроматическое излучение, состоящее из ряда мод. Как правило, почти вся энергия излучения, генерируемого в гофрированной части, проникает в вакуумную область. В случае влета пучка в гофрированную часть проанализирована эволюция генерируемого кильватерного поля. Показано, что его единственная мода существует в области позади заряда, задний фронт которой движется с групповой скоростью моды. Выполнено также моделирование в пакете СST Particle Studio, которое показало высокую степень совпадения аналитических результатов с результатами моделирования. Тем самым подтверждена правомерность применения метода ЭГУ. Проанализировано излучение одномерного пучка заряженных частиц, движущегося в вакууме вдоль плоской мелкогофрированной поверхности с прямоугольной образующей (https://arxiv.org/abs/1905.00990). С помощью метода ЭГУ найдены интегральные представления для компонент полного электромагнитного поля (ЭМП). Показано, что ультрарелятивистский пучок частиц генерирует поверхностные волны, в то время как объемное излучение на рассматриваемых частотах отсутствует при любой скорости пучка. Получены выражения для компонент поверхностных волн и для спектральной плотности потерь энергии пучка частиц. Исследованы зависимости длин поверхностных волн и потерь энергии от характеристик гофрированной поверхности. Показано, что с ростом глубины гофрирования уменьшается длина поверхностной волны и растет спектральная плотность потерь энергии. Как правило, тот же эффект имеет место и при увеличении ширины канавок гофры, вследствие чего наиболее эффективной для генерации поверхностных волн структурой оказывается система тонких диафрагм. Рассмотрено излучение одномерного Гауссова пучка зарядов, вылетающего из открытого конца круглого волновода со сплошным диэлектрическим заполнением, в случае, когда этот волновод помещен в соосный бесконечный волновод большего радиуса (т.н. "вложенная" структура). С помощью модифицированного метода вычетов построено строгое решение для ЭМП. На основе этого решения исследовано главным образом излучение Вавилова-Черенкова (ИВЧ), проникающее в вакуумные части структуры из волновода с диэлектриком, что является наиболее важным для реализации современных источников на базе волноводных структур с диэлектриком, возбуждаемых релятивистскими пучками. Проведен ряд численных экспериментов (симуляций) в пакете CST Particle Studio для случая достаточно длинного пучка. Показано, что при достаточно густой сетке аналитические и симулированные величины совпадают с высокой точностью. На основе аналитических результатов рассмотрена генерация мод ИВЧ высокого порядка с помощью модулированных пучков (симуляции в CST в этом случае крайне затруднительны). Отмечено, что дифрагированное ИВЧ может быть зарегистрировано в коаксиальной части структуры, т.е. в противоположном направлении по отношению к скорости пучка. Также исследована структура дифрагированного ИВЧ во всех вакуумных частях структуры и показано, в частности, что максимум радиального электрического поля в коаксиальной секции всегда расположен на стенке внутреннего волновода. Рассмотрена задача об излучении пучка заряженных частиц, движущегося равномерно вдоль оси волновода и пересекающего границу раздела между вакуумом и анизотропной средой с одноосным тензором диэлектрической проницаемости. Рассмотрен случай тензора с произвольными частотно-независимыми положительными компонентами и случай предельно замагниченной холодной плазмы. Получены общие выражения для компонент ЭМП в обеих областях волновода при влете пучка в среду и при его вылете в вакуум. Показано, что в первом случае путем подбора параметров тензора можно добиться генерации ЭМП с существенно большей амплитудой по сравнению со случаем изотропного диэлектрика при тех же параметрах пучка и волновода. Кроме того, в отличие от изотропного случая, ИВЧ в вакуумной области может генерироваться ультрарелятивистскими пучками. Данный эффект может быть использован для развития методов генерации излучения гига- и терагерцового диапазонов. В случае предельно замагниченной плазмы (когда можно пренебречь "холловскими" компонентами) ИВЧ генерируется в плазме при скорости пучка меньшей определенного порога. В случае вылета пучка из плазмы моды ИВЧ могут выходить в вакуумную область волновода при скоростях пучка, не превышающих другой порог (меньший, чем порог генерации ИВЧ), что объясняется полным внутренним отражением моды от границы. Показана возможность генерации монохроматического излучения в вакуумной части волновода на первой моде за счет полного отражения остальных мод. Исследовано ЭМП, генерируемое зарядом при движении вдоль оси канала в безграничной предельно замагниченной плазме. Показано, что ультрарелятивистский заряд практически не испытывает торможения в такой ситуации. Кроме того отмечено, что по сравнению со случаем движения заряда в канале в холодной изотропной плазме, в замагниченной плазме при малых размерах канала наблюдается меньшая тормозящая сила при произвольной скорости. Исследовано излучение заряда при движении в присутствии ряда открытых диэлектрических мишеней, размеры которых существенно превышают рассматриваемые длины волн. При этом развивался метод расчета излучения, основанный на строгом решении некоторой "эталонной" задачи, геометрооптическом рассмотрении выхода излучения из объекта и использовании формул Стрэттона-Чу для расчета поля во внешней области. Для случая конической мишени при движении заряда в вакуумном канале (осесимметричная ситуация) проведено аналитическое исследование с получением асимптотических формул в зоне Фраунгофера. Показано, что, как правило, максимум диаграммы направленности излучения соответствует направлению луча, преломленного на одной из образующих конуса. Однако в том случае, когда преломленная волна распространяется вдоль оси конуса, максимальное излучение в зоне Фраунгофера имеет место под некоторым малым углом к ней. В этой ситуации максимум диаграммы направленности значительно больше, чем в иных условиях. Данный эффект был назван нами эффектом "черенковского прожектора". Для задачи с конической мишенью проведено тестирование вышеописанного метода расчета путем сравнения аналитических результатов с результатами моделирования в пакете Comsol Multiphysics. Показано хорошее совпадение результатов даже для мишеней размером в несколько длин волн. Для случая призматической диэлектрической мишени при движении заряда вдоль одной из ее граней получены соответствующие аналитические результаты и построена программа расчета поля излучения в Matlab. Приведены типичные трехмерные графики, показывающие распределение поля излучения в плоскостях, параллельных внешней грани призмы. Отмечено, что распределение поля при относительно небольших расстояниях от грани призмы может носить довольно сложный характер, особенно для ульрарелятивистских пучков. Однако с удалением от грани призмы происходит упрощение этой картины за счет "дифракционного размывания". Получены характерные трехмерные диаграммы направленности излучения в зоне Фраунгофера. Для случая диэлектрического концентратора ИВЧ (осесимметричная мишень со специальным профилем внешней поверхности) при движении заряда со смещением (несимметричный случай) получены аналитические выражения для распределения поля на внешней стороне апертуры в виде рядов по азимутальным гармоникам. На их основе в пакете Matlab реализована программа расчета компонент ЭМП во внешнем пространстве. Показано, что электрическое поле в окрестности фокальной плоскости приобретает заметную асимметрию по азимутальному углу. При этом пик продольного поля смещается в ту же сторону, что и заряд. При больших смещениях заряда (порядка половины радиуса канала) он трансформируется в два пика, расположенных симметрично относительно плоскости, содержащей заряд и ось структуры, на расстоянии порядка 10 радиусов канала от нее. Пик поперечного поля при малых смещениях заряда (порядка 0.1 радиуса канала) смещен в противоположную сторону (относительно смещения заряда), а при больших смещениях располагается практически на оси. Отмечена возможность использования описанных эффектов для диагностики положения заряда в канале концентратора и поперечного отклонения пучка без использования дополнительных магнитов. В рамках международной конференции по физике ускорителей IPAC-2019 (Melbourne, Australia, 19-24 мая 2019 г.) будет представлен устный доклад по тематике излучения зарядов в присутствии открытых диэлектрических мишеней (https://ipac19.org/program/, WEYYPLS3).

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Исследована задача об излучении пучка заряженных частиц, пролетающего сквозь гофрированную планарную поверхность. Период и глубина гофрированной структуры предполагались малыми по сравнению с длиной волны рассматриваемого электромагнитного излучения, что позволило использовать эквивалентные граничные условия для ее электродинамического описания. Аналитическое исследование общего решения показало, что пучок заряженных частиц генерирует не только объёмное, но и поверхностное излучение. Эффект генерации поверхностных волн был рассмотрен наиболее детально. Компоненты электромагнитного поля поверхностной волны были получены в виде интегралов Фурье. Было показано, что поверхностная волна распространяется со скоростью света вдоль канавок гофрированной поверхности. Численный расчёт поля был проведён для различной формы, длины и скорости пучка. Было показано, что особенности структуры поверхностной волны могут быть применены для диагностики пучков, в частности, для определения их размеров. Предложен и апробирован строгий метод для решения дифракционных задач на открытом конце круглого волновода с диэлектрическим заполнением: обобщенный метод сшивания. В этом методе используется решение определенного уравнения Винера-Хопфа-Фока для получения бесконечной системы линейных алгебраических уравнений на коэффициенты отраженных мод. Система может быть решена с помощью метода усечения. В качестве примера рассмотрена дифракция симметричной ТМ моды, набегающей на открытый конец волновода со сплошным диэлектрическим заполнением. Сравнение аналитических результатов с результатами моделирования в COMSOL Multiphysics показало близкое к идеальному совпадение коэффициентов отражения. Тот же подход был применен для решения задачи об излучении симметричной ТМ моды мелкогофрированного волновода на его открытом конце. Глубина и период гофрировки предполагаются малыми по сравнению с характерными длинами волн, что позволяет описывать стенку такого волновода с помощью эквивалентных граничных условий импедансного типа. Аналогично, решение соответствующего уравнения Винера-Хопфа приводит бесконечной линейной системе на коэффициенты отражения. Разработанный подход обладает существенными преимуществами для исследования волноводных структур, перспективных с точки зрения создания современных источников терагерцового излучения. C помощью разработанного нами ранее «апертурного метода» проведено аналитическое решение ряда задач c открытыми диэлектрическими объектами (мишенями) большого по сравнению с длиной волны размера. На первом этапе этого метода строго решается определенная «эталонная» задача: находится Фурье-образ поля в материале мишени с учетом только одной границы (ближней к траектории заряда). Далее определяется часть границы мишени, освещенная излучением Вавилова-Черенкова (ИВЧ) («апертура»), и находится Фурье-образ поля на ее внешней поверхности. При этом, благодаря большим размерам мишени, можно использовать геометрооптические закономерности. На последнем этапе поле во внешнем пространстве рассчитывается по формулам Стрэттона-Чу. В отличие от геометрооптического метода, данный подход позволяет рассчитывать поле везде, включая области Френеля и Фраунгофера, а также в окрестности фокусов и каустик. Кроме аналитических расчетов, в ряде случаев выполнялось моделирование электромагнитного поля в пакете Comsol Multiphysics и проводилось его сравнение с результатами, получаемыми по оригинальным программам. Далее перечисляются задачи с открытыми мишенями, решавшиеся в отчетном периоде. Среди исследованных в этом направлении задач две касаются объекта в форме конуса с вакуумным каналом. В одной из задач заряд движется от основания конуса к его вершине. В этой задаче, в дополнение к ранее рассмотренному случаю осевого движения заряда, было проведено его обобщение на тот случай, когда заряд движется параллельно оси со смещением. Основное внимание уделялось задаче с противоположным движением заряда: от вершины конуса к его основанию. Рассмотрены два варианта мишени: в одном из них боковая поверхность конуса предполагалась металлизированной (идеально проводящей), а в другом металлизация отсутствовала. Предполагалось, что заряд движется по оси структуры. Задача решена апертурным методом с учетом волны, непосредственно падающей на основание конуса, и волны, предварительно отражающейся от боковой поверхности. Показано, что последняя волна, как правило, играет главную роль, в особенности для формирования диаграммы направленности в области Фраунгофера в окрестности ее главного максимума. Наиболее интересные результаты получены для области Фраунгофера. Показано, в частности, что в том случае, когда выходящая из мишени волна распространяется в направлении движения заряда, максимум поля излучения в области Фраунгофера имеет место при некотором конечном, хотя и малом угле. При этом поле излучения в максимуме многократно превосходит максимальное поле в иных условиях (эффект «черенковского прожектора»). Отмечено, что в рассматриваемой ситуации этот эффект может быть реализован значительно проще, чем в случае движения заряда от вершины к основанию. На основе конической мишени с плоским основанием (заряд движется в направлении от «носика» к основанию) разработана мишень-концентратор ИВЧ нового типа, которая позволяет концентрировать большую часть электромагнитной энергии в окрестности заданного фокуса. Был рассчитан гиперболический профиль выходной поверхности и исследовано поле в окрестности фокуса с учетом возможного смещения траектории заряда с оси структуры (т.е. решена как симметричная, так и асимметричная задачи). Проведено сравнение свойств новой мишени с исследованным ранее концентратором излучения Вавилова-Черенкова «однократного преломления» (концентратор нового типа использует одно преломление и одно отражение внутри диэлектрика). Было показано, что новый объект позволяет реализовать эффект фокусировки ИВЧ для релятивистских частиц (это было затруднительно для концентратора однократного преломления), что является принципиальным моментом для применения на электронных пучках современных ускорителей. Также оказалось, что в режиме концентрации ИВЧ от релятивистских частиц смещение заряда с оси структуры очень слабо возмущает симметричную картину распределения поля, что существенно снижает требования к центровке и симметричности пучка. Предложена практическая реализация данной мишени в виде склейки конической мишени с каналом (с плоским выходным фланцем) и плоско-выпуклой гиперболической линзы с каналом того же радиуса. Было также проанализировано ИВЧ от сферической диэлектрической мишени с вакуумным каналом, проходящим через ее центр, при движении заряда по оси канала. Для данного объекта было проведено подробное тестирование геометрооптического и апертурного методов путем сравнения с результатами, получаемыми с помощью моделирования в пакете COMSOL Multiphysics. Среди описанных физических эффектов следует отметить эффект нарастания величины поля излучения с ростом расстояния от сферы под определенным углом и в определенном диапазоне расстояний. Показано также, что для сферической мишени имеет место эффект «черенковского прожектора», когда излучение «вперед» (по ходу движения заряда) намного больше, чем излучение в любом ином направлении. Отмечено, что для сферы этот эффект достигается в широком диапазоне параметров, так как для его реализации достаточно наличия преломленных волн, распространяющихся в направлении движения заряда, что, как правило, имеет место для материала шара с не малой оптической плотностью. Рассмотрена задача об излучении пучка заряженных частиц, движущегося равномерно вдоль оси волновода и пересекающего границу раздела между вакуумом и одноосной анизотропной диспергирующей средой. Среда описывается диагональным тензором диэлектрической проницаемости с компонентами, имеющими дисперсию плазменного типа. Показано, что путем подбора параметров этого тензора можно добиться генерации обратного ИВЧ (групповые скорости волноводных мод направлены противоположно движению пучка). Моды обратного ИВЧ могут выходить в вакуумную область волновода при скоростях пучка, не превышающих некоторый порог, что объясняется полным внутренним отражением моды от границы. Этот порог может быть увеличен до ультрарелятивистских скоростей за счет выбора параметра анизотропии среды и радиуса волновода. Таким же путем можно увеличить и амплитуды мод обратного ИВЧ. Показана возможность генерации монохроматического излучения в вакуумной части волновода на первой моде за счет полного отражения остальных мод. Показаны преимущества возможного применения такого рода сред для генерации монохроматического излучения, имеющего обратное направление по отношению к направлению движения пучка частиц. Исследована также задача об излучении заряда, движущегося по оси цилиндрического вакуумного канала в вышеописанной анизотропной среде. Исследованы компоненты поля и получено выражение для потерь энергии на излучение на единицу длины пути. Аналитически и численно продемонстрировано, что удается достичь существенного сокращения потерь энергии в случае ультрарелятивистского движения заряда в среде, которая имеет тензор диэлектрической проницаемости с ортогональной компонентой, близкой к единице. Среда, обладающая данным свойством, может быть реализована, например, с помощью метаматериалов или же в виде кольцевого электронного пучка в сильном магнитном поле. Данный результат представляет существенный практический интерес для минимизации потерь энергии пучка при его прохождении через коллиматорную систему.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
С помощь модифицированного метода сшивания (в рамках проекта этот метод обобщался для задач с цилиндрической геометрией) решено несколько канонических задач теории дифракции на открытом конце круглого волновода. Во-первых, это задача об излучении волноводной моды из открытого конца круглого волновода со сплошным диэлектрическим заполнением (этот результат послужил отправной точкой для ряда последующих исследований). Показано, что при возбуждении структуры медленной модой (излучение Вавилова-Черенкова в волноводе представляется в виде набора таких мод, называемых «черенковскими», при этом каждая мода имеет свою частоту) реализуется близкий к одномодовому режим и диаграмма направленности с одним ярко выраженным лепестком. Отмечено, что максимум излучения зависит от номера моды, что является следствием дифракции. Во-вторых, получено решение аналогичной задачи с возбуждением в виде точечного заряда (или идеально тонкого сгустка с произвольным распределением), пролетающего по оси структуры. Показано, что если рассматриваемая частота электромагнитного поля стремится к одной из черенковских частот, решение данной задачи сводится к решению вышеописанной задачи с возбуждением в виде набегающей моды (аналогичный вывод справедлив и для остальных рассмотренных ниже задач). Тем не менее решение, построенное в полной формулировке, позволяет исследовать такие эффекты как переходное и дифракционное излучение заряженного сгустка на торце волновода, влияние размеров и формы сгустка на форму импульса излучения и т.д. Следует также отметить, что если в рассматриваемом волноводе с помощью короткого сгустка возбудить многомодовое излучение Вавилова-Черенкова, то каждая мода будет излучаться под своим углом, что в принципе позволяет реализовать многочастотный генератор на основе одной структуры. Далее, в формулировке с возбуждением в виде набегающей моды построено аналитическое решение аналогичной задачи со слоистым заполнением волновода (вакуумный осесимметричный канал и слой диэлектрика вблизи стенки волновода). Показан аналитический предельный переход к случаю сплошного заполнения. Среди отличий по сравнению со случаем сплошного заполнения (при одинаковых радиусе волновода, материале заполнения и номере набегающей черенковской моды) можно отметить следующие: для мод невысокого порядка (5 и ниже) диаграмма направленности теряет «однолепестковость», а для мод с номерами 10 и выше многочисленные узкие лепестки, максимумы которых лежат вблизи оси структуры, сливаются в один широкий лепесток. Наконец, получено решение задачи дифракции волноводной моды на открытом конце круглого волновода с мелкой гофрировкой прямоугольного профиля на внутренней поверхности (такая поверхность описывается эквивалентными граничными условиями Вайнштейна-Сивова). Среди отличий от задачи со сплошным диэлектрическим заполнением можно отметить следующее: при возбуждении черенковской модой типичным является многомодовый режим, приводящий к «многолепестковой» диаграмме направленности, однако сама черенковская мода отражается от открытого конца значительно слабее, чем в случае диэлектрического заполнения. Публикации в СМИ по данной тематике: https://www.rscf.ru/news/release/naydeno-reshenie-kanonicheskoy-zadachi-difraktsii-na-otkrytom-kontse-volnovoda-s-dielektrikom/ https://www.kommersant.ru/doc/4750810 https://scientificrussia.ru/news/najdeno-reshenie-kanonicheskoj-zadachi-difraktsii-na-otkrytom-kontse-volnovoda-s-dielektrikom https://www.gazeta.ru/science/news/2021/03/31/n_15806600.shtml Проведено исследование излучения Вавилова-Черенкова от ряда конических и призматических диэлектрических объектов большого (по сравнению с рассматриваемыми длинами волн) размера, при условии, что заряд или малый пучок заряженных частиц движется от вершины мишени к ее основанию (такой вариант можно назвать схемой с «обратной» мишенью). При этом применялся ранее разработанный «апертурный» метод, а для мишеней с плоскими гранями был разработан новый вариант этого метода. Одна из данных мишеней – это конус с осесимметричным вакуумным каналом. В отличие от ранее рассмотренной задачи с движением заряда по оси канала, был учтен сдвиг траектории заряда с оси симметрии. При построении приближенного решения учитывались две волны: непосредственно падающая на основание мишени и предварительно отраженная от ее наклонной грани. Получены выражения для компонент поля на внешней поверхности основания конуса, играющей роль апертуры для излучения вне конуса. Дальнейший анализ был проведен с применением формул Стрэттона-Чу. Найдены относительно простые формулы для области Фраунгофера. Основное внимание уделялось режиму «черенковского прожектора». В этом режиме максимум диаграммы направленности излучения в зоне Фраунгофера гораздо больше, чем в иных случаях. Максимальное излучение в зоне Фраунгофера имеет место под малым (но ненулевым) углом по отношению к оси симметрии мишени. Проведенное исследование показало, что прожекторный эффект устойчив по отношению к смещению траектории с оси симметрии мишени. При смещении, превышающем половину радиуса канала, прожекторный эффект не только сохраняется, но может быть даже усилен. Показана также высокая устойчивость прожекторного эффекта по отношению к вариациям скорости движения заряда, что является одним из преимуществ «обратного» конуса по сравнению с «прямым» конусом. Другим преимуществом является то, что для «обратного» конуса (в отличие от «прямого») эффект черенковского прожектора может быть реализован при любой скорости заряда, превышающей скорость волн в среде (за счет подбора параметров мишени). Исследована фокусировка излучения с помощью «концентратора черенковского излучения», подобного «обратному» конусу, но с основанием в форме гиперболоида вращения (заряд движется в канале от вершины конуса к его основанию). Эффект фокусировки достигается путем подбора геометрических параметров мишени. Было учтено, что параллельная оси канала траектория заряда может быть смещена с нее на произвольное расстояние в пределах канала. Электромагнитное поле вне мишени было представлено в виде апертурных интегралов от компонент поля на основании мишени. Разработан алгоритм расчета поля, пригодный, в частности, в окрестности фокуса. Расчеты показали, что предложенная мишень обладает существенными преимуществами по сравнению с концентратором на основе «прямого» конуса. Главное из них заключается в том, что за счет подбора параметров мишени можно концентрировать излучение от зарядов с любой скоростью, превосходящей скорость волн в среде, в том числе от ультрарелятивистских зарядов (для концентратора на основе «прямого» конуса имеются жесткие ограничения на скорость заряда). Эффект концентрации излучения сохраняется практически при любом смещении траектории в пределах канала с радиусом менее длины волны и устойчив по отношению к вариациям скорости заряда. Проанализировано излучение от мишени в форме прямоугольной призмы при условии, что заряд движется вдоль одной из ее граней от вершины к основанию («обратная» призма). Поле на основании призмы построено с учетом двух волн: первая волна непосредственно падает на основание, а вторая волна предварительно отражается от боковой грани. При рассмотрении этой задачи был разработан новый вариант апертурного метода. Его сущность заключается в том, чтобы на этапе анализа поля внутри объекта не искать асимптотики компонент поля, а использовать напрямую решение эталонной задачи в виде разложения по плоским волнам. Данный подход удобен для всех задач с объектами, имеющими плоские границы. Вне призмы решение определяется апертурными интегралами, которые удается аналитически вычислить в зоне Фраунгофера (где поле было в итоге представлено в виде однократных интегралов по компоненте волнового вектора). На основе разработанного алгоритма получен ряд характерных численных результатов для угловой зависимости поля излучения. Показано, что практически всегда основную роль играет волна, отраженная от наклонной грани. Диаграмма направленности излучения сильно зависит от угла при вершине призмы, оптической плотности материала и скорости движения заряда. Публикации в СМИ по данной тематике: https://www.rscf.ru/news/release/uchenye-predlozhili-perspektivnye-generatory-izlucheniya-vavilova-cherenkova-dlya-uskoriteley-chasti/ https://www.kommersant.ru/doc/4614531 https://indicator.ru/physics/generatory-izlucheniya-vavilova-cherenkova-uskoritelei-chastic-21-12-2020.htm Исследовано излучение заряженных сгустков в ряде структур с магнитоактивной плазмой. Во-первых, проанализировано электромагнитное поле, генерируемое зарядом при движении по оси симметрии открытого (без проводящей внешней оболочки) цилиндрического слоя магнитоактивной плазмы (стороннее магнитное поле параллельно оси структуры, тензор диэлектрической проницаемости учитывает анизотропию и гиротропию). Общее решение построено классическим методом сшивания, реализован численный алгоритм расчета «кильватерного» поля (волнового поля в канале) на примере Гауссового распределения. Показано, что в канале генерируется существенное гармоническое поле (аналог «плазменного следа»), причем его поперечной (отклоняющей) и продольной (ускоряющей или тормозящей) амплитудами можно управлять с помощью величины внешнего магнитного поля. Далее, проанализированы две волноводные задачи с поперечной границей раздела. В первой из них рассмотрено излучение заряда, движущегося по оси круглого волновода и пересекающего границу раздела между вакуумом и магнитоактивной плазмой. Использовано приближение большого замагничивающего поля, позволяющее ввести малый параметр (отношение плазменной частоты к гирочастоте) и воспользоваться методом возмущений (нулевым приближением является случай бесконечно большого магнитного поля, при этом возбуждается только ТМ-поляризация). Рассмотрено два случая: вылет заряда из плазмы в вакуум и влет в плазму из вакуума. Проведены детальные исследования условий генерации излучения. Показано, что дискретный частотный спектр излучения имеет две ветви. Низкочастотная ветвь дает излучение Вавилова-Черенкова (ИВЧ) и черенковско-переходное излучение (ЧПИ), причем частоты ИВЧ и ЧПИ всегда меньше плазменной частоты. Оба типа излучений присутствуют как в TM-, так и в TE-поляризации. Высокочастотная ветвь соответствует дискретной части переходного излучения (ПИ), частоты которого всегда больше плазменной частоты и не зависят от скорости движения заряда, эти волны присутствуют только в TE-поляризации. Наличие дискретного спектра ПИ (кроме «обычного» сплошного) является отличительной особенностью задачи. Во второй задаче в строгой формулировке (при произвольном замагничивающем поле, без использования метода возмущений) рассмотрена дифракция волноводной моды на поперечной границе плазма - вакуум. Построены собственные функции поперечного оператора и свойство ортогональности. В качестве примера рассмотрено падение моды из области, заполненной плазмой. Получена бесконечная система линейных уравнений на коэффициенты возбуждения отраженных и прошедших мод, которая решена численно для ряда конкретных параметров.