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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