In this paper we study how efficiently electromagnetic radiation can be generated by a relativistic electron beam with a gigawatt power level during its injection into a thin magnetized plasma. It is shown that, if the transverse beam and plasma size is compared with the radiation wavelength and the plasma density is modulated along the magnetic field, such a beam–plasma system can radiate electromagnetic waves via the antenna mechanism. We propose a theoretical model describing generation of electromagnetic waves by this plasma antenna and calculate its main radiation characteristics. In the two-dimensional case theoretical predictions on the radiation efficiency are shown to be confirmed by the results of particle-in-cell simulations, and the three-dimensional variant of this theory is used to estimate the peak power of sub-terahertz radiation that can be achieved in beam–plasma experiments in mirror traps.
本論文では，ギガワット級の電力を持つ相対論的電子ビームを，薄い磁化プラズマ中に入射する際に，電磁放射がどの程度効率的に生成され得るかを研究する。ビームとプラズマの横方向サイズが放射波長と同程度であり，プラズマ密度が磁場に沿って変調されている場合，このようなビーム・プラズマ系はアンテナ機構を介して電磁波を放射し得ることが示される。我々は，このプラズマアンテナによる電磁波の生成を記述する理論モデルを提案し，その主要な放射特性を計算する。二次元の場合，放射効率に関する理論的予測が粒子シミュレーションの結果によって確認されることが示され，三次元版の理論は，ミラートラップにおけるビーム・プラズマ実験で達成可能なサブテラヘルツ放射のピーク電力を推定するために用いられる。