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第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 相对论电子学的研究对象及其任务 2

1.3 电子回旋脉塞简介 4

1.4 相对论电子学的应用潜力和发展远景 7

第一篇 数学物理准备 8

第二章 张量 8

2.1 引言 8

2.2 矩阵 8

2.3 转置矩阵，逆矩阵，共轭矩阵 10

2.4 矩阵的秩 11

2.5 线性方程组和矢量空间 11

2.6 线性变换和正交变换 12

2.7 不变量 13

2.8 仿射正交张量 15

2.9 张量的加法和分解 17

2.10 张量与矢量的乘积 18

2.11 矢量的导数张量 19

2.12 张量与张量的乘积 20

2.13 张量的主轴 21

2.14 张量的微分 22

2.15 轴矢量和矢量的旋度 24

2.16 任意空间的张量 25

2.17 黎曼空间 27

2.18 关于张量一些性质的补充 31

第三章 δ函数和格林函数 34

3.1 引言 34

3.2 阶跃函数和δ函数的定义 34

3.3 δ函数的另一种定义 36

3.4 δ函数的展开式 37

3.5 n维空间的δ函数 39

3.6 有关δ函数的一些重要公式 40

3.7 由δ函数定义格林函数 41

第四章 粒子运动的分析力学 46

4.1 引言 46

4.2 广义坐标 46

4.3 拉格朗日方程 47

4.4 哈密顿原理 49

4.5 正则运动方程 49

4.6 循环坐标 51

4.7 力学中的变量与不变量 52

4.8 泊松括号 54

4.9 正则变换 56

4.10 泊松定律 58

4.11 哈密顿-雅可比方程 59

4.12 洛伦兹变换 60

4.13 运动方程的相对论形式 63

第五章 电磁方程的相对论形式 67

5.1 引言 67

5.2 闵可夫斯基空间 67

5.3 四维空间的麦克斯韦方程 69

5.4 电磁场矢量在运动坐标系中的变换 71

5.5 带电粒子在电磁场中的运动 73

5.6 电磁场的张力张量 75

5.7 电磁场的动量及能量张量 77

5.8 四维波动方程的积分 79

5.9 平面波 80

5.10 相对论多普勒效应 82

第二篇 电子回旋脉塞及回旋管 85

第六章 回旋管中电子的静态运动 85

6.1 引言 85

6.2 运动方程 85

6.3 电子在均匀恒定电场及磁场中的运动 88

6.4 电子运动的等效磁矩 90

6.5 电子在不均匀磁场中的运动 91

6.6 电子在正交场中的运动 95

6.7 空间缓变磁场中电子运动磁矩的绝热不变性 96

6.8 时间缓变磁场中电子运动磁矩的绝热不变性 97

6.9 粒子运动的绝热不变性定律 98

6.10 缓变场中电子运动的轨道理论 100

6.11 电子回旋脉塞中电子运动的绝热不变性 105

第七章 回旋脉塞的高频结构 107

7.1 引言 107

7.2 任意截面规则波导的一般理论 107

7.3 开放谐振腔的等效电路分析 110

7.4 缓变截面波导开放式谐振腔 114

7.5 WKBJ方法，爱里函数 118

7.6 变截面谐振腔的计算 123

7.7 缓变截面波导开放式谐振腔的数值解 126

7.8 准光谐振腔 128

第八章 动力学理论的基本方法 137

8.1 引言 137

8.2 刘维尔定律 137

8.3 玻尔兹曼方程和伏拉索夫方程 139

8.4 伏拉索夫方程的严格导出 141

8.5 分布函数的变换 144

8.6 宏观参量 146

8.7 伏拉索夫-麦克斯韦方程组的线性化 148

8.8 平衡态伏拉索夫方程的解 150

8.9 线性伏拉索夫方程的解(Ⅰ) 153

8.10 线性伏拉索夫方程的解(Ⅱ) 157

8.11 介电张量和色散方程 160

8.12 自由等离子体中静电波的解 163

8.13 自由等离子体中的电磁波 170

8.14 静磁场中无限等离子体中的波 172

8.15 平行于磁场和垂直于磁场传播的波 176

8.16 正交场等离子体中电磁波的传播 179

第九章 电子回旋脉塞的动力学理论 187

9.1 引言 187

9.2 沿磁场方向传播波的不稳定性 187

9.3 电子回旋脉塞中电子的群聚 191

9.4 波导电子回旋脉塞的普遍动力学理论 193

9.5 轴对称波导系统电子回旋脉塞的动力学理论 203

9.6 空间电荷效应 209

9.7 电子回旋脉塞色散方程的研究 212

9.8 色散方程的数值解 216

9.9 TMmn模电子回旋脉塞不稳定性 219

9.10 电子回旋脉塞动力学理论的另一种方法 221

9.11 关于电子回旋脉塞动力学理论的方法 225

9.12 电子的平衡分布函数 228

9.13 电子速度零散及电子注厚度的修正 233

9.14 矩形波导电子回旋脉塞的动力学理论 235

9.15 普遍情况下引导中心动力学理论 245

第十章 回旋管的线性理论 253

10.1 引言 253

10.2 回旋单腔管振荡器的线性理论 253

10.3 缓变截面波导开放腔回旋单腔管的动力学理论 259

10.4 回旋行波管放大器 272

10.5 慢波回旋放大器 278

10.6 大回旋半径回旋管、回旋磁控管及可调谐回旋管 285

10.7 准光腔回旋管 293

10.8 特殊准光腔回旋管 309

10.9 伯恩斯坦模电子回旋脉塞 317

第十一章 电子回旋脉塞及回旋管的非线性理论 324

11.1 引言 324

11.2 坐标系转换 324

11.3 电子回旋脉塞的自洽非线性理论 328

11.4 回旋管的轨道理论(非自洽大信号理论) 344

11.5 回旋行波管的非线性波动解(利用孤波概念求解) 351

第三篇 自由电子激光 367

第十二章 自由电子的自发辐射和散射 367

12.1 引言 367

12.2 运动电荷产生的场 367

12.3 单个匀速运动电子的场 371

12.4 加速运动电子的辐射场 373

12.5 运动电荷辐射电磁波的频谱 377

12.6 磁韧致辐射 380

12.7 ЧepeHKOB辐射 387

12.8 自由电子对电磁波的散射 394

12.9 自由电子的衍射(绕射)辐射 397

12.10 电子辐射的反作用 399

第十三章 自由电子激光 404

13.1 引言 404

13.2 运动电子注对电磁波的散射 408

13.3 静磁泵自由电子激光中电子的静态运动 411

13.4 静磁泵自由电子激光的单粒子理论(Ⅰ) 416

13.5 静磁泵自由电子激光的单粒子理论(Ⅱ) 422

13.6 静磁泵自由电子激光的动力学理论 427

13.7 静磁泵自由电子激光的非线性理论 438

13.8 自由电子受激辐射与自发辐射的关系 446

13.9 电磁波泵自由电子激光 449

13.10 多电子注自由电子激光 457

13.11 ЧepeHKOB自由电子激光 462

13.12 Smith-Purcell效应自由电子激光 466

13.13 X射线自由电子激光 471

13.14 电子(或者带电粒子)回旋谐振加速器 484

附录 491

A1 物理常数 491

A2 电磁学单位制 491

A3 电磁频谱划分 494

A6 贝塞耳函数 495

A5 相对论电子注 495

A4 几种等离子体的参数 495

A7 拉盖尔多项式 499

A8 埃尔米特多项式 501

A9 爱里函数 503

A10 回旋管电子光学系统 518

A11 等离子体电子回旋谐振加热(ECRH) 526

A12 回旋管用波导型开放式谐振腔的计算程序 537

A13 回旋管色散方程数值计算的计算程序 541

A14 回旋管非线性理论数值计算的计算程序 542

参考文献 544