Numerical simulation of unconstrained cyclotron resonant maser emission
Numerical simulation of unconstrained cyclotron resonant maser emission
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无约束回旋加速器共振脉泽发射的数值模拟
DOI：
10.1088/1742-6596/511/1/012052
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Speirs D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Speirs D
当主要为直线的电子束受到显著的磁压缩时，磁矩守恒导致马蹄形速度分布的形成。它已被证明，这样的分布是不稳定的回旋辐射，并可能是负责极光公里辐射（AKR）的产生-一个强烈的射频发射源在高海拔的地球极光磁层。PiC代码模拟已经进行了调查的回旋加速器发射过程中的腔边界的情况下，特别考虑的空间增长率，光谱输出和射频转换效率的动态。计算结果表明，一个定义明确的回旋发射过程发生，虽然与波导有界模拟相比，具有较低的空间增长率。的射频输出是近垂直的电子束反射在光谱输出中的一个明确的峰值在2.68 GHz，略低于相对论电子回旋频率轻微的后向波字符。相应的射频转换效率为1.1%是可比的波导有界的模拟和动力学理论的预测，建议有效的，光谱定义良好的辐射发射可以从电子马蹄形分布中获得的辐射边界的情况下一致。
When a mainly rectilinear electron beam is subject to significant magnetic compression, conservation of magnetic moment results in the formation of a horseshoe shaped velocity distribution. It has been shown that such a distribution is unstable to cyclotron emission and may be responsible for the generation of Auroral Kilometric Radiation (AKR)-an intense rf emission sourced at high altitudes in the terrestrial auroral magnetosphere. PiC code simulations have been undertaken to investigate the dynamics of the cyclotron emission process in the absence of cavity boundaries with particular consideration of the spatial growth rate, spectral output and rf conversion efficiency. Computations reveal that a well-defined cyclotron emission process occurs albeit with a low spatial growth rate compared to waveguide bounded simulations. The rf output is near perpendicular to the electron beam with a slight backward-wave character reflected in the spectral output with a well defined peak at 2.68 GHz, just below the relativistic electron cyclotron frequency. The corresponding rf conversion efficiency of 1.1% is comparable to waveguide bounded simulations and consistent with the predictions of kinetic theory that suggest efficient, spectrally well defined radiation emission can be obtained from an electron horseshoe distribution in the absence of radiation boundaries.
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