Длительность импульсов релятивистских сильноточных плазменных источников СВЧ-излучения

• Автор: Ернылева, Светлана Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Оглавление
Введение
§ 1. Актуальность работы
§2. Цели диссертационной работы
§3. Научная новизна
§4. Защищаемые положения
§5. Практическая ценность результатов
§6. Публикация и апробация результатов
§7. Структура и объем диссертации
Глава 1. Плазменный релятивистский СВЧ-генератор и методы его исследования
§ 1. Принцип действия плазменного релятивистского СВЧ-генератора
§2. Конструкция и экспериментальные исследования плазменных релятивистских СВЧ-генераторов
§3. Численное моделирование плазменных релятивистских СВЧ-генераторов
§4. Изменение частоты излучения в течение импульса: эксперимент и расчет
Выводы главы
Глава 2. Укорочение СВЧ-импульса
§1. Причины и методы преодоления эффекта укорочения СВЧ-импульса в вакуумной релятивистской сильноточной электронике
§2. Плазменная электроника: преимущества и недостатки решения
проблемы укорочения СВЧ-импульса
§3. Предшествующие работы и возможные причины эффекта укорочения СВЧ-импульса
§4. Причины срыва процесса генерации СВЧ-излучения
§5. Способы подавления причин укорочения СВЧ-импульса в плазменном релятивистском СВЧ-генераторе
§6. Влияние коллекторной плазмы на укорочение СВЧ-импульса в плазменном СВЧ-генераторе
§7. Выводы главы
Глава 3. Плазменный СВЧ-усилитель шума
§ 1. Цель и метод
§2. Сравнение плазменного СВЧ-усилителя шума с плазменным СВЧ-генератором
§3. О возможности создания плазменного СВЧ-усилителя шума на базе существующего ускорителя с частотой повторения импульсов до 3.5 кГц
§4. Плазменный СВЧ-усилитель шума с инверсной геометрией
§5. Выводы главы
Заключение
Выводы
Литература

Введение
Плазменная релятивистская сильноточная СВЧ-электроника проходила три этапа развития. В 1949 году А.И.Ахиезер и Я.Б.Файнберг [1] в СССР, Д.Бом и Э.Гросс [2] в США начали теоретическое исследование процессов излучения при взаимодействии электронного потока с плазмой. Теория взаимодействия сильноточных релятивистских электронных пучков с плазмой и исследования возможностей создания на этой основе СВЧ-приборов впоследствии развивались научными коллективами под руководством А.А.Рухадзе и М.В.Кузелева, основные результаты можно найти в [3, 4].
Экспериментальные исследования по релятивистской сильноточной электронике начались в 1960-х годах с появлением сильноточных электронных ускорителей. В 1973 г. был создан первый черенковский сильноточный релятивистский вакуумный СВЧ-генератор [5], а в 1982 г. — плазменный СВЧ-генератор [6]. Эксперименты по плазменной сильноточной релятивистской СВЧ-электронике проводились в коллективе под руководством П.С.Стрелкова [3].
Третий этап исследований связан с созданием электронно-вычислительных машин, а позже — и достаточно мощных персональных компьютеров, позволивших в 1990-х годах начать с их помощью численные эксперименты. В плазменной релятивистской сильноточной СВЧ-электронике развитие численного моделирования связано, в первую очередь, с кодом «КАРАТ» [7, 8], созданным В.П.Таракановым в 1970-х и 80-х годах для «больших» ЭВМ и развиваемым им до настоящего времени. Кроме сравнительной дешевизны по сравнению с натурным экспериментом, численный эксперимент обладает и другими преимуществами, а именно, возможностями диагностики любого параметра и «постановки» эксперимента, невозможного на практике. Настоящая диссертационная

лезвийным острием, перпендикулярным силовым линиям магнитного ПОЛЯ [52].
На коллекторе плазма образуется за счет бомбардировки его электронами РЭП. Образовавшаяся плазма может поглощать СВЧ-излучение, не давая ему выйти из системы, или отражать его, нарушая работу генератора. Проблему образования плазмы на коллекторе можно решить с помощью коллекторного узла с поворотом электронного пучка [53], который позволяет удалить коллекторную плазму на значительное расстояние от электродинамической системы.
Плазма на входной диафрагме возникает по тем же причинам, что и на коллекторе - вследствие бомбардировки электронами РЭП [54]. Образовавшаяся плазма распространяется вдоль и поперек магнитного поля. Продольное распространение плазмы приводит к закоротке диода и изменению электродинамических свойств генераторной секции, а поперечное движение усиливает влияние плазмы на РЭП, увеличивая разброс электронов по продольным и поперечным скоростям. Даже по отдельности каждый из перечисленных факторов способен привести к срыву генерации СВЧ-излучения. Использование РЭП со стабильным профилем позволяет отказаться от входной диафрагмы, и проблема образования на ней плазмы решается сама собой.
Самой серьезной причиной эффекта укорочения СВЧ-импульса в вакуумной сильноточной СВЧ-электронике является пробой на стенке замедляющей структуры [12]. РЭП может распространяться только в непосредственной близости от стенки волновода, там же сосредоточено сильное электрическое поле волны, которой передают энергию электроны пучка. «Отодвинуть» РЭП от стенки не позволяет его значительный пространственный заряд, и часть электронов пучка, разрушаемого полем волны, бомбардирует стенку. СВЧ-разряд на стенке особенно активно развивается после такой бомбардировки, но может начаться и без нее. Этот