Нелинейные колебательные явления в системах, содержащих нерелятивистские электронные пучки с виртуальным катодом в тормозящем поле

• Автор: Егоров, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 168 с. : ил.

1 Нелинейная динамика электронного потока с виртуальным катодом в плоском пролетном промежутке с торможением

1.1 Введение

1.2 Исследуемая модель, описывающая колебания в нерелятивистском электронном потоке с виртуальным катодом в тормозящем поле. Область применения модели

1.2.1 Описание исследуемой системы (низковольтного виркатора)

1.2.2 Основные уравнения математической модели

1.2.3 Схема численного моделирования

1.2.4 Моделирование СВЧ вывода энергии

1.3 Нелинейная динамика нерелятивистского электронного потока с виртуальным катодом в тормозящем поле
1.4 Анализ когерентных структур в электронном потоке с виртуальным катодом в плоском пролетном промежутке с торможением
1.5 Физические процессы в электронном потоке с виртуальным катодом в плоском пролётном промежутке с торможением
1.6 Мощность генерации в одномерной системе с виртуальным катодом: численное моделирование и экспериментальные результаты, полученные на лабораторном макете низковольтного виркатора

1.7 Влияние неподвижного ионного фона на характерные режимы колебаний и образование пространственно-временных
структур в электронном пучке с виртуальным катодом
1.7.1 Нелинейные динамика электронного потока с виртуальным катодом при наличии стационарного ионного фона
1.7.2 Анализ когерентных структур
1.8 Выводы
2 Хаос и структуры в нерелятивистском потоке заряженных частиц с виртуальным катодом в режимах без фокусировки электронов пучка магнитным полем (2Б-мерное численное моделирование)
2.1 Введение
2.2 Нелинейная нестационарная самосогласованная 2Б-мерная модель для описания физических процессов в нерелятивистском электронном пучке с виртуальным катодом. Особенности численного решения
2.2.1 Описание исследуемой системы. Математическая модель
2.2.2 Схема численного моделирования
2.3 Физические процессы в электронном потоке с виртуальным
катодом в системе с торможением. Механизм формирования . виртуального катода в системе без фокусировки электронов магнитным полем
2.4 Нелинейная динамика электронного потока с виртуальным
катодом в тормозящем поле без фокусировки электронов магнитным полем при изменении основных управляющих параметров
2.5 Когерентные структуры в электронном потоке с виртуальным катодом в режимах без фокусировки электронов магнитным полем

2.6 Мощность генерации в системе с виртуальным катодом в режимах без фокусировки электронного потока магнитным полем
2.7 Выводы
3 Нелинейная динамика электронного потока с виртуальным катодом во внешнем магнитном поле
3.1 Введение
3.2 Исследование особенностей движения заряженных частиц в пучке с виртуальным катодом при наличии внешнего магнитного поля
3.3 Влияние величины фокусирующего электроны магнитного поля на нелинейную динамику электронного потока с виртуальным катодом
3.4 Влияние величины внешнего магнитного поля на мощность генерации
3.5 Выводы
Заключение
А Лабораторный макет нерелятивистского вакуумного СВЧ генератора широкополосных хаотических колебаний с виртуальным катодом (низковольтного виркатора)
А. 1 Схема и описание лабораторного макета низковольтного виркатора
А.2 Модификации макета низковольтного виркатора для получения оптимальных характеристик генерации и управления
выходного излучения
А.2.1 Низковольтный виркатор с дополнительным коллекторомрекуператором
А.2.2 Низковольтный виркатор с дополнительным устройством для ввода внешнего сигнала

На рис. 1.13 (линия 1) показана экспериментальная зависимость интегральной мощности Р колебаний от величины тормозящей разности потенциалов Ар между сетками диодного промежутка. Электронный пучок фокусировался однородным ведущим магнитным полем В = 200 Гс, которое создавалось с помощью соленоида. При Ар < 0.2 в пучке не регистрируются колебания (мощность Р = 0). С увеличением торможения электронов в потоке формируется ВК, однако, как видно из рис. 1.13, интегральная мощность колебаний в пучке с ВК мала. С увеличением Ар мощность растет и при некотором оптимальном тормозящем потенциале достигает максимального значения Р « 150 мВт. Далее интегральная мощность генерируемых колебаний снова уменьшается. Отметим, что при малом торможении колебания ВК близки к регулярным, и спектр генерируемого излучения является дискретным. С дальнейшим увеличением торможения электронов в системе возникают широкополосные хаотические колебания (см. раздел 1.3 и рис. 1.6). При значительном торможении пучка [Ар > 0.75) генерация исчезает.
На рис. 1.13 штриховой линией 2 показана рассчитанная численно в рамках развитой теории зависимость мощности генерируемых олебаний от величины тормозящего потенциала А(р. Сравнение экспериментальной и теоретической зависимостей показывает их хорошее качественное и количественное соответствие при больших величинах тормозящего потенциала Ар > 0.4. При таких значениях тормозящего потенциала используемая нестационарная одномерная теория оказывается справедливой, т.е. динамика пучка при болыпйх величинах тормозящего потенциала и фокусирующего магнитного поля близка к одномерной.
Однако, при малых величинах тормозящего потенциала Ар ситуация изменяется. Экспериментальная зависимость на рис. 1.13 показывает, что в области Ар < 0.4 мощность генерации плавно уменьшается, обращаясь в ноль при торможении Ар « 0.18. Таким образом, колебания в пучке с ВК с ростом торможения возникают мягко, область генерации соответствует тормозящим потенциалам Ар е [0.18,0.72]. В численном моделировании наблюдается резкий срыв генерации при Ар ж 0.38, что не согласуется