Винтовые электронные потоки гиротронов: динамика пространственного заряда и методы повышения качества

• Автор: Лукша, Олег Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 285 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1. Электронно-оптические системы гирорезонансных устройств и МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ВЭП (ОБЗОР)

1.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И УСТАНОВКИ

1.2.1. Экспериментальный импульсный гиротрон 4-миллиметрового диапазона длин волн излучения

1.2.2. Электронно-оптические системы гиротронного типа

1.2.3. Установка для диагностики и модификации эмиссионных-характеристик гиротронных катодов

1.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ

1.3.1. Метод исследования неоднородностаэмиссии термокатода МИЛ

1.3.2. Методы исследования пространственной структуры ВЭП
1.3.3. Методики исследования скоростных и энергетических спектров электронов в ВЭП
1.3.4. Методика исследования колебаний пространственного заряда ВЭП
1.3.5. Метод измерения параметров потока электронов на катод
1.3.6. Методики регулирования распределений электрического и магнитного полей в области формирования ВЭП
1.3.6.1. Регулирование распределения электрического поля в области МИП .
1.3.6.2. Регулирование распределения магнитного поля в области компрессии ВЭП
1.3.6.3. Создание регулируемого электрического поля в области компрессии ВЭП
1.4. Диагностика и обработка гиротронных термокатодов
1.5. Выводы
Глава 2. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО
ЗАРЯДА В ВЭП УСТРОЙСТВ ГИРОТРОННОГО ТИПА

2.1. Коллективные процессы в пространственном заряде ВЭП
ГИРОРЕЗОНАНСНЫХ УСТРОЙСТВ (ОБЗОР)
2.2. Результаты экспериментального исследования низкочастотных
КОЛЕБАНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ВЭП
2.2.1. Характеристики колебаний пространственного заряда в электронно-оптических системах гиротронного типа
2.2.2. Характеристики низкочастотных колебаний.в экспериментальном* гиротроне
2.3. Выводы
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА В ЛОВУШКЕ ГИРОТРОНА
3.1. Методы расчета электронных процессов в ловушке гиротрона и
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.(ОБЗОР)
3.2. Методика расчета динамики пространственного заряда в ловушке гиротрона с помощью РІС кода ОукоТяар
3.3. Результаты численного моделирования электронных процессов в ловушке гиротрона с помощью кода ОукоТяар
3.3.1. Накопление и группировка пространственного заряда в ловушке
3.3.2. Характеристики спектров низкочастотных колебаний
3.3.3. Влияние распределения магнитного поля в области компрессии >ВЭП
на характеристики.НЧК
3.3.4. Влияние захваченного в ловушку объемного заряда на характеристики формируемого в ЭОС гиротрона электронного потока
3.4. Выводы
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ЭМИССИОННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
ТЕРМОКАТОДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭП И ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГИРОТРОНА
4.1. Экспериментальные методы исследования неоднородности
эмиссии термокатодов МИЛ и влияние данного фактора на работу гироприборов (обзор)

4.2. Результаты экспериментального исследования влияния
ЭМИССИОННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ КАТОДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭП И ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГИРОТРОНА
4.2.1. Азимутальное распределение плотности пространственного заряда электронов в ВЭП
4.2.2. Влияние эмиссионных неоднородностей на характеристики ВЭП в электронно-оптических системах гиротронного типа
4.2.3. Влияние эмиссионных неоднородностей на характеристики низкочастотных колебаний и выходные параметры
экспериментального гиротрона
4.3. ВЫВОДЫ
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭП .
5.1. Переменные поля пространственного заряда - фактор снижения качества ВЭП в ЭОС гироприборов (обзор)
5.2. Энергетические спектры электронов в гиротроне
5.2.1. Распределение электронов по энергии в присутствии СВЧ генерации
5.2.2. Влияние низкочастотных колебаний на разброс энергий'электронов,в ВЭП
5.3. Пространственная структура электронного потока в ЭОС гиротронного типа
5.4. Электронная бомбардировка катода МИП
5.5. Выводы
Глава 6. УПРАВЛЕНИЕ НИЗКОЧАСТО ТНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ВЭП С ПОМОЩЬЮ РЕГУЛИРУЕМЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЕЙ
6.1. Оптимизация распределений электрического и магнитного полей -СПОСОБ повышения качества ВЭП В ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ГИРОПРИБОРОВ (ОБЗОР)

Таблица 1 .
Основные геометрические параметры и характеристики расчетного рабочего режима экспериментального гиротрона.
Радиус резонатора Яр = 14.45 мм
">Средний радиус пучка в резонаторе ДВэп = 8-53 мм
Длина резонатора /р = 28 мм-
.Средний радиус эмитирующего пояска катода ^ = 35 мм'
.Угол наклона образующей конического эмиттера к оси фк =35 град
'Рабочая мода ТЕ,2з
/Рабочая частота /0 =74.7 МГц
Ускоряющее напряжение Уо=30кВ
^Коэффициент магнитной компрессии В0/Вк =18.
.Питч-фактор на полке магнитного поля- а = 1.28'-
•Магнитное поле в области резонатора- В0 = 2.75 Тл
Док электронного пучка /„ = 10 А*
Предварительное проектирование-гиротрона, включающее траекторный анализ ВЭП и расчеты процессов взаимодействия электронов с ВЧ-полем в резонаторе, было выполнено сотрудниками ИПФ РАН. Согласно расчетам, максимальные значения выходной; мощности и КПД в рабочем режиме (£/0 =30кВ;/п = 10 А, а =1.28) составляют соответственно' 110 кВт и 37 % в отсутствие скоростного разброса в пучке и 100 кВт и 33 %, если полный разброс поперечных скоростей 5т± задавался равным 40 %. Полученные в расчетах значения КПД для данного гиротрона близки к типичным, значениям этой-величины для современных мощных гиротронов, которые, как правило, не превышают 30АЗ5 % в режимах без рекуперации энергии (например, [9, 16, 18, 22, 191, 192]).
В качестве источника электронов в. гиротроне использовалась трехэлектродная МИП. Однако большинство описанных ниже измерений было выполнено в "двухэлектродном" режиме работы пушки с заземленным анодом. В экспериментах были использованы пять гексаборид-лантановых (ЬаВб) катодов и два металлопористых