Релятивистское моделирование распространения ультракоротких электронных импульсов
Кочиков И.В.

Поступила в редакцию: 29 Июня 2018

DOI: 10.1134/S0044451019030015

PDF (1117.8K)

Рассматривается динамика электронного импульса в области дрейфа, где отсутствуют ускоряющие поля, причем особое внимание уделяется оценке параметров, существенных для атомной визуализации, т.е. для непосредственного наблюдения динамики атомов. Электронный пучок моделируется как система N частиц с N=1000 и N=10000 электронов. Пучок распространяется в течение определенного периода времени (от 1 до 4 нс). Вычисляются параметры распределения электронов по координатам и скоростям, характеризующие временной профиль и неопределенность длины волны электронов в образце. Нерелятивистское приближение дает удовлетворительные результаты (с погрешностью ниже 15%) при моделировании удлинения и уширения коротких электронных импульсов с энергиями до 30 кэВ. Результаты такого моделирования могут быть весьма неточными для промежуточных энергий (300 кэВ), а для быстрых релятивистских пучков (3 МэВ) они становятся совершенно неверными. Предлагается решение задачи, позволяющее получить количественные оценки. Использование импульсов высоких энергий приводит к почти полному исчезновению эффекта кулоновского отталкивания. Дисперсия скоростей электронов при более высоких энергиях также значительно уменьшается. Для электронов с энергией 3 МэВ длительность электронного импульса, а также его радиус заметно не меняются даже после распространения пучка в течение 4 нс (что соответствует расстоянию 1.2 м). Даже при энергии 300 кэВ увеличение длительности импульса пренебрежимо мало при времени пролета электронов до 1 нс (расстояние 0.2 м). Обобщена упрощенная модель среднего поля [e19031-13] на релятивистские электронные импульсы. Ее результаты находятся в хорошем соответствии с прямым динамическим моделированием.