تأثير المضاعف

إن تأثير المضاعفة هو ظاهرة في أنابيب التفريغ وموجهات الموجات لمضخمات الترددات الراديوية ، حيث يؤدي انبعاث الإلكترونات الثانوية في ظل ظروف معينة، بالرنين مع مجال كهرومغناطيسي متناوب، إلى تضاعف الإلكترونات بشكل أسي، مما قد يؤدي إلى تلف جهاز الترددات الراديوية أو حتى تدميره.

تحدث ظاهرة التضاعف عندما تتسارع الإلكترونات بفعل مجالات الترددات الراديوية (RF) وتستمر في التواجد في الفراغ (أو ما يقاربه) عبر انهيار إلكتروني ناتج عن انبعاث الإلكترونات الثانوية . ^{[ 2 ]} يمكن أن يؤدي اصطدام الإلكترون بسطح ما، اعتمادًا على طاقته وزاويته، إلى إطلاق إلكترون ثانوي واحد أو أكثر في الفراغ. بعد ذلك، يمكن تسريع هذه الإلكترونات بواسطة مجالات الترددات الراديوية والاصطدام بنفس السطح أو بسطح آخر. إذا كانت طاقات الاصطدام وعدد الإلكترونات المنبعثة وتوقيت الاصطدامات كافية لحدوث تضاعف مستمر في عدد الإلكترونات، فقد تنمو هذه الظاهرة بشكل أُسّي، مما قد يؤدي إلى مشاكل تشغيلية في نظام الترددات الراديوية، مثل تلف مكونات الترددات الراديوية أو فقدان إشارة الترددات الراديوية أو تشويهها.

تعتمد آلية التكاثر المغناطيسي على اتجاه المجال الكهربائي بترددات الراديو بالنسبة للسطح، وكذلك على اتجاه المجال المغناطيسي. ^{[ 2 ] : 61-66.} يوجد نوعان من التكاثر المغناطيسي: التكاثر المغناطيسي ثنائي السطح على المعادن، والتكاثر المغناطيسي أحادي السطح على المعادن أو المواد العازلة.

يمكن وصف الشروط التي يحدث في ظلها التضاعف في حالة التضاعف على سطحين بكمية تُسمى حاصل ضرب التردد في الفجوة. لنفترض وجود سطحين بالتعريفات التالية:

${\displaystyle d}$المسافة أو الفجوة بين الأسطح

${\displaystyle \omega }$، التردد الزاوي لحقل الترددات الراديوية

${\displaystyle V_{0}}$ذروة جهد التردد اللاسلكي بين الصفائح

${\displaystyle E_{0}}$، ذروة المجال الكهربائي بين السطحين، تساوي${\displaystyle V_{0}}$/${\displaystyle d}$.

يتغير جهد التردد اللاسلكي بشكل جيبي. لنفترض اللحظة التي يمر فيها الجهد عند القطب A بالصفر ويبدأ بالانخفاض. بافتراض وجود إلكترون حر واحد على الأقل بالقرب من A، سيبدأ هذا الإلكترون بالتسارع نحو اليمين باتجاه القطب B. سيستمر في التسارع حتى يصل إلى أقصى سرعة له بعد نصف دورة، بالتزامن مع بدء انخفاض الجهد عند القطب B. إذا اصطدم الإلكترون (أو الإلكترونات) من القطب A بالقطب B في هذه اللحظة، مُنتجًا إلكترونات حرة إضافية، ستبدأ هذه الإلكترونات الحرة الجديدة بالتسارع نحو القطب A. قد تتكرر هذه العملية مُسببةً ظاهرة التكاثر الإلكتروني. الآن، سنحدد العلاقة بين تباعد الصفائح، وتردد التردد اللاسلكي، وجهد التردد اللاسلكي التي تُسبب أقوى رنين للتكاثر الإلكتروني.

لنفترض لحظةً زمنيةً اصطدمت فيها الإلكترونات بالقطب الكهربائي A عند الموضع -d/2. يكون المجال الكهربائي صفراً ويبدأ بالاتجاه نحو اليسار، مما يؤدي إلى تسارع الإلكترونات المتحررة حديثاً نحو اليمين. معادلة نيوتن لحركة الإلكترونات الحرة هي:

${\displaystyle a(t)={\frac {F(t)}{m}}}$

${\displaystyle {\ddot {x}}(t)={\frac {qE_{0}}{m}}~\sin(\omega t)}$

حل هذه المعادلة التفاضلية هو

${\displaystyle x(t)=-{\frac {qE_{0}}{m\omega ^{2}}}\sin(\omega t)+{\frac {qE_{0}}{m\omega }}t-{\frac {d}{2}}}$

حيث يُفترض أن سرعة الإلكترونات عند مغادرتها القطب الكهربائي في البداية تساوي صفرًا. ونعلم أن الرنين يحدث إذا وصلت الإلكترونات إلى القطب الكهربائي الأيمن بعد نصف دورة مجال الترددات الراديوية.${\displaystyle t_{\frac {1}{2}}={\frac {\pi }{\أوميغا }}}$. إدخال هذا في حلنا لـ${\displaystyle x(t)}$نحصل

${\displaystyle x(t_{\frac {1}{2}})=-{\frac {qE_{0}}{m\omega ^{2}}}\sin(\omega t_{\frac {1}{2}})+{\frac {qE_{0}}{m\omega }}t_{\frac {1}{2}}-{\frac {d}{2}}}$

${\displaystyle {\frac {d}{2}}=-{\frac {qE_{0}}{m\omega ^{2}}}\sin(\omega {\frac {\pi }{\omega }})+{\frac {qE_{0}}{m\omega }}{\frac {\pi }{\omega }}-{\frac {d}{2}}}$

إعادة ترتيب التردد واستخدامه${\displaystyle f}$بدلاً من التردد الزاوي يعطي

${\displaystyle fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}}$.

المنتج${\displaystyle fd}$يُطلق عليه اسم حاصل ضرب فجوة التردد. تجدر الإشارة إلى أن هذه المعادلة تُعد معيارًا لأقصى قدر من الرنين، ولكن قد يحدث التضاعف حتى في حال عدم تحقق هذه المعادلة.

تعتمد ظاهرة التعدد الإلكتروني على هندسة السطح والتوزيع الدقيق للمجالين الكهربائي والمغناطيسي. توجد عدة تقنيات تعتمد على الهندسة لتقليل أو حتى إزالة هذه الظاهرة: إحداها هي استخدام أخاديد صغيرة الحجم تُعدّل اتجاه المجالات الكهربائية بدقة عند موقع انبعاث الإلكترونات، مما يدفع بعض الإلكترونات إلى اتجاهات لا تدعم هذه العملية. ^{[ 4 ]} وهناك نهج آخر يتمثل في استخدام تموجات كبيرة الحجم على السطح تُغير دوريًا زمن انتقال الإلكترونات في التعدد الإلكتروني ثنائي النقاط، مما يُخلّ بشرط رنين التعدد الإلكتروني. ^{[ 5 ]} كما توجد تغييرات محددة في انحناء سطح التجويف تُقلل من فرص عودة الإلكترونات إلى نقطة المنشأ ^{[ 6 ]} أو سطح الانتقال بين التجويف وأنبوب الحزمة. ^{[ 7 ]} تُوفر هذه التقنيات المختلفة لتعديل السطح أداة فعالة لكبح ظاهرة التعدد الإلكتروني في مختلف الأشكال الهندسية.

وقد لاحظ الفيزيائي الفرنسي كاميل غوتون هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1924 في نانسي .

تم اكتشاف ظاهرة التضخيم المتعدد ودراستها عام 1934 على يد فيلو فارنسورث ، مخترع التلفزيون الإلكتروني، الذي حاول الاستفادة منها كمضخم. أما اليوم، فقد أصبحت هذه الظاهرة عائقًا يجب تجنبه أمام التشغيل الطبيعي لمسرعات الجسيمات ، والإلكترونيات الفراغية ، والرادارات ، وأجهزة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، وما إلى ذلك.

كان أول تطبيق لأجهزة الكمبيوتر للتحقيق في التعددية من أوائل السبعينيات ^{[ 3 ]} عندما تم اكتشافه كقيد رئيسي لأداء تجويف SRF.

تم اقتراح شكل جديد من أشكال التعددية، ^{[ 8 ]} وتمت ملاحظته تجريبياً لاحقاً، حيث يؤدي شحن سطح عازل إلى تغيير ديناميكيات تفريغ التعددية بشكل كبير.

• البلازما المقترنة سعوياً
• البلازما المقترنة حثيًا

• سي. جاتون، Sur la décharge électrique à fréquence très élevée ، Comptes-Rendus Hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences، المجلد 178، الصفحة 467، 1924
• فارنسورث، فيلو تايلور (1934). "التلفزيون عن طريق مسح الصور الإلكترونية". مجلة معهد فرانكلين . 218 (4). إلسيفير بي في: 411-444 . doi : 10.1016/s0016-0032(34)90415-4 . ISSN 0016-0032 . 
• J. Rodney M. Vaughan, Multipactor , IEEE Trans. Electron Devices, vol. 35, No 7, July 1988.
• كيشيك، ر.أ.؛ لاو، ي.ي. (5 يناير 1998). "تفريغ متعدد المفاعلات على مادة عازلة". رسائل المراجعة الفيزيائية . 80 (1). الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS): 193-196 . doi : 10.1103/physrevlett.80.193 . ISSN 0031-9007 . 
• فالفيلز، أغوست؛ كيشيك، ر.أ؛ لاو، ي.ي (1998). "استجابة التردد لتفريغ متعدد النواقل". فيزياء البلازما . 5 (1). منشورات معهد الفيزياء الأمريكي: 300-304 . doi : 10.1063/1.872702 . hdl : 2027.42/69474 . ISSN 1070-664X . 
• RA Kishek، تفاعل التفريغ متعدد المؤثر وهياكل الترددات الراديوية ، أطروحة دكتوراه، جامعة ميشيغان، آن أربور (1997)
• لاو، واي واي؛ كيشيك، آر إيه؛ جيلجنباخ، آر إم (1998). "الطاقة المترسبة على مادة عازلة بواسطة التكاثر المتعدد". معاملات IEEE في علوم البلازما . 26 (3). معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE): 290-295 . doi : 10.1109/27.700756 . ISSN 0093-3813 . 
• لاو، واي واي؛ فيربونكور، جيه بي؛ فالفيلز، أ. (2000). "تأثيرات الشحنة الفضائية على التكاثر المتعدد على مادة عازلة". معاملات IEEE في علوم البلازما . 28 (3). معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE): 529-536 . doi : 10.1109/27.887665 . ISSN 0093-3813 . 
• أ. فالفيلز، تفريغ متعدد الأقطاب: استجابة التردد، والقمع، والعلاقة بانهيار النافذة ، أطروحة دكتوراه، جامعة ميشيغان، آن أربور (2000)
• أندرسون، آر بي؛ جيتي، دبليو دي؛ بريك، إم إل؛ لاو، واي واي؛ جيلجنباخ، آر إم؛ فالفيلز، إيه. (2001). "تجربة متعددة المفاعلات على سطح عازل". مراجعة الأدوات العلمية . 72 (7). منشورات معهد الفيزياء الأمريكي: 3095-3099 . doi : 10.1063/1.1380687 . hdl : 2027.42/71183 . ISSN 0034-6748 . 
• آر بي أندرسون، تجربة متعددة الأقطاب على سطح عازل ، أطروحة دكتوراه، جامعة ميشيغان، آن أربور (2001)
• ريوبولوس، سبيليوس؛ تشيرنين، ديفيد؛ دياليتيس، ديموس (1995). “نظرية تعدد الإلكترونات في المجالات المتقاطعة”. فيزياء البلازما . 2 (8). نشر AIP: 3194-3213 . دوى : 10.1063 / 1.871151 . ISSN 1070-664X . 

متصل

• دراسة تأثير التعددية في تشغيل الموجات الحاملة المتعددة داخل مكونات الميكروويف الفضائية. ف. مادير، ج. بويش، هـ. ديلنبورغ، ف. ليبيلتييه، ل. لابير، ج. سومبرين. تم الاطلاع على ملف PDF في ديسمبر 2006.
• انهيار الموجهات الموجية نتيجة لتأثير التكاثر المتعدد. إتش إم واتشوسكي، شركة الفضاء الجوي، إل سيغوندو، كاليفورنيا، مايو 1964. تم الاطلاع عليه في ديسمبر 2006.
• تجربة التكاثر المتعدد على سطح عازل كهربائي ، آر بي أندرسون، دبليو دي جيتي، إم إل بريك، واي واي لاو، آر إم جيلجينباخ، إيه فالفيلز، مجلة الأدوات العلمية، 72، 3095، يوليو 2001

• البلازما المقترنة سعوياً
• انهيار إلكتروني
• فيوسر