Широкий спектр применения заряженной (в зарубежной печати – «ненейтральной») плазмы может легко объяснить тот повышенный интерес, который вызывают исследования по этой тематике. Заряженная плазма используется в ускорителях, основанных на коллективных эффектах, в исследованиях по физике сильноточных релятивистских электронных пучков, для генерации мощного микроволнового излучения, для захвата античастиц и получения позитронной плазмы, а также ускорения ионов и нагрева плазмы на коллективных неустойчивостях.

Заряженная плазма – это ансамбль заряженных частиц, в котором отсутствует полная нейтральность электрического заряда. Такие системы характеризуются, в зависимости от плотности заряда, большими собственными электрическими полями. Известно, что заряженная плазма проявляет коллективные свойства, которые качественно аналогичны коллективным свойствам нейтральной плазмы. Например, усилители и генераторы СВЧ диапазона, такие, как клистроны и лампы бегущей волны [1], функционируют в условиях высокого вакуума, и их работа зависит от существования и свойств коллективных колебаний [2] (волн пространственного заряда) в дрейфующих электронных пучках. В непрерывном режиме работы можно считать, что электронные пучки в этих устройствах электрически нейтрализуются ионами, образующимися при столкновении электронов пучка с остаточным газом низкой плотности. Однако при работе в режиме коротких импульсов (например, длительностью порядка 1 мкс) плотность ионов не успевает достичь значительного уровня и электронный пучок остается заряженным. Тем не менее в обоих возбуждаются коллективные колебания, необходимые для генерирования и усиления микроволн. Первые экспериментальные и теоретические исследования [3-8] распространения волн в нейтральных и заряженных пучках, удерживаемых магнитным полем, действительно показали, что полная зарядовая нейтральность не является физическим условием существованием коллективных колебаний и эффектов экранировки [9] в ансамблях заряженных частиц. В последние годы значительно вырос интерес к изучению свойств равновесных состояний и устойчивости заряженной плазмы, которая удерживается внешним магнитным полем. Этот интерес связан с постоянным развитием следующих программ исследований:

1. Работа над ускорителями электронных колец в Беркли [10-14], Дубне, Гархинге [15] и Мэриленде [16-21]. Действие этих ускорителей основано на применении больших собственных полей электронного сгустка для захвата и ускорения электронов. Они были предложены еще в середине прошлого века. Эксперименты по формированию и транспортировке таких сгустков проводились еще в 1952 году Альвеном и Вернхольмом. Интенсивные теоретические и экспериментальные исследования, выполненные Векслером и др. дали новый толчок работам по применению релятивистских электронных колец для захвата и ускорения электронов.

2. Эксперименты по генерации и транспортировке сильноточных электронных пучков в газообразных и плазменных средах. Такие пучки мощностью более 10 гигаватт нашли широкое применение (или были предложены к использованию) в различных областях исследований, таких, как генерация микроволн, управляемый термоядерный синтез, ускорение ионов в прямолинейных пучках электронов и нагрев плазмы посредством использования коллективных неустойчивостей.

3. Исследования по ускорению и «обдирке» тяжелых ионов в заряженных электронных образованиях, которые удерживаются в тороидальном магнитном поле (установки типа AVCO и HIPAC).