طرحی از یک لیزر الکترون آزاد که از یک موج ویسلر به عنوان یک ویگلر کند-موج الکترومغناطیسی استفاده می کند به صورت تئوری مورد مطالعه قرار گرفته است . باریکه ی الکترونی که در معرض میدان های عرضی ویگلر موج ویسلر قرار دارد ، به عنوان منبع انرژی مورد نیاز برای تابش الکترومغناطیسی است . قدرت و دوره ی میدان ویگلر بستگی به پارامترهای محیط پلاسمای مغناطیده دارد . این ساختار ، قابلیت کنترل پذیری بالاتری به وسیله ی کنترل چگالی پلاسما نسبت به کنترل پذیری در لیزرهای الکترون آزاد رایج دارد . تئوری بازده ی خطی و مسیرهای الکترونی ارائه شده و چهار گروه از چرخش های الکترونی در حضور یک میدان مغناطیسی محوری راهنما به دست آمده است . تابع فی که نسبت تغییر سرعت محوری با انرژی بیم را نشان می دهد مورد تحقیق قرار گرفته که در حالت فی< 0 یک رژیم جرم – منفی را که در آن سرعت محوری الکترون ها با کاهش انرژی ، افزایش پیدا می کند ، نشان می دهد . حل های عددی نشان می دهد که با افزایش فرکانس سیکلوترونی ، بازده برای گروه های یک و سه افزایش پیدا کرده ، در حالی که این موضوع باعث کاهش در بازده گروه های دو و چهار می شود .

زمینه ی کاری این پایان نامه، لیزر الکترون آزاد با ویگلر موج الکترواستاتیک پلاسمایی معروف به ویگلر لانگمیر می باشد. هدف آن است که اثر این ویگلر به عنوان یک محیط پلاسمایی بر آهنگ رشد باریکه های الکترونی نسبیتی عبوری از آن در حضور میدان مغناطیسی محوری راهنما با تحلیل ریاضیاتی و عددی مورد بررسی قرار گیرد. تحلیل حرکت الکترون ها با استفاده از دینامیک یک تک ذره و قید چرخش پایا صورت می گیرد؛ با کمک معادله حرکت لورنتس، معادله ی مسیر الکترون در حالت پایا با روش رانگ کوتای مرتبه ی چهارم بدست آورده می شود و سپس با ایجاد اختلالی در محیط فعال لیزر(محیط پلاسمایی) و در مسیر عبور باریکه از ویگلر، اختلالی در متغیرهایی مانند چگالی باریکه ی الکترونی، چگالی جریان باریکه و مولفه های سرعت بوجود می آید. با در نظرگرفتن ترم های اختلالی، حل همزمان معادله های لورنتس، پیوستگی و موج را صورت می گیرد و رابطه ی پاشندگی ?=(f(?,k برای باریکه ی الکترونی نسبیتی عبوری از ویگلر پلاسمایی حاصل می شود. آهنگ رشد باریکه (im(? بر حسب فرکانس موج ترکیبی kبر روی نمودار با تغییر در برخی پارامترها مانند چگالی و انرژی باریکه ی الکترونی و میدان مغناطیسی راهنما بررسی و مورد تحلیل قرار می گیرد. بررسی نموداری نشان می دهد که با ثابت بودن انرژی باریکه و میدان مغناطیسی راهنما با افزایش(کاهش) چگالی باریکه الکترونی پیک نرخ رشد آن نیز افزایش(کاهش) می یابد. و همچنین با ثابت بودن چگالی و انرژی باریکه، کاهش(افزایش)در نرخ رشد به موجب افزایش(کاهش) در میدان مغناطیسی راهنما صورت می گیرد. و بالاخره با با افزایش(کاهش) انرژی باریکه ی الکترونی نسبیتی در شرایط ثابت بودن چگالی باریکه و میدان مغناطیسی راهنما، پیک نرخ رشد بر حسب عدد موج افزایش(کاهش) می یابد.

در این پایان نامه سعی می شود ابتدا شتاب دهنده های ذرات را از منظر تکنولوژی بررسی کرده و از تحولات تاریخی آنها صرفنظر شود. سپس به معرفی شتاب دهنده های لیزری در لیزر الکترون آزاد معکوس خواهیم پرداخت، که برای درک بهتر این منظور، نگاهی اجمالی به مفهوم و کاربرد لیزر الکترون آزاد خواهیم داشت. در ادامه پس از بررسی مواردی از لیزرهای الکترون آزاد معکوس در حضور ویگلرهای الکترومغناطیسی تخت و پیچشی و نیز در حضور پارامتر باریک ساز، به معرفی نوع جدیدی از ویگلرهای الکترومغناطیسی پرداخته، نتایج و نمودارهای ناشی از آن را مورد بحث قرار خواهیم داد. با اعمال پارامتر باریک ساز بصورت یک میدان مغناطیسی خارجی، برای مثال مشاهده شد که مسیر حرکت الکترون در صفحه x-y دچار تغییر شده و شکل مسیر از حالت دایروی بسته به حالت نوسانی در جهت (y ) تبدیل شده و سرعت محوری الکترون در جهت انتشارz) (بصورت نزولی بوده و میزان نوسانات و تغییرات آن با افزایش مقدار پارامتر باریک‏کننده، کمتر می‏شود. انرژی الکترون نیز در امتداد حرکت محوری با زیاد شدن پارامتر باریک‏ساز ،افزایش می‏یابد.

دراین رساله به بررسی برهمکنش باریکه ی الکترون نسبیتی با ویگلر پلاسمایی در یک لیزرالکترون آزاد می پردازیم. بااعمال یک میدان مغناطیسی راهنما برمحیط پلاسمایی می توان یک مد ویسلری پلاسمایی را درپلاسما برانگیخت و سپس آن را به عنوان یک ویگلرموج پلاسمایی به کاربست.همچنین اثر خودمیدان ها بر آشوب در لیزر الکترون آزاد با ویگلر پلاسمایی در حضور میدان مغناطیسی راهنما مورد بررسی قرار گرفت.و دیده می شود که در حضور خودمیدان ها آشوب در سیستم افزایش می یابد و با کمتر شدن اثر خودمیدانی می توان آشوب را در سیستم کاهش و در نتیجه بهره را افزایش داد.