Анализ и численное моделирование мультипакторного разряда

• Автор: Буянова, Мария Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 215 с. : ил.

Оглавление
Введение

Основные положения, выносимые на защиту

1 Модели и методы исследования мультипакторного разряда

1.1 Вторичная электронная эмиссия и ее моделирование

1.2 Двусторонний мультипакторпый разряд

1.3 Односторонний мультипакторпый разряд на металле

1.4 Односторонний мультипакторпый разряд

на диэлектрическом окне

1.5 Мультипакторный разряд в системах с немонохроматическим

или пространственно-неоднородным СВЧ электрическим полем

1.6 Численное моделирование мультипакторного разряда
2 Двусторонний мультипакторный разряд
между металлическими поверхностями
2.1 Плоскопараллельная модель и используемые переменные
2.2 Классические резонансные моды
2.2.1 Условия существования и устойчивости резонанса
2.2.2 Влияние уровня вторичной эмиссии на развитие разряда
2.3 Комплексные резонансные моды
2.3.1 Основные характеристики комплексных режимов
2.3.2 Гибридные моды
2.3.3 Мультифазные моды
2.3.4 Уровень эффективной вторичной эмиссии
при развитии комплексных мод

2.4 Численное моделирование мультипакторного разряда
в плоскопараллельной системе: Multipactor Development Simulator
2.5 Влияние разброса начальных скоростей электронов на развитие разряда
2.6 Развитие двустороннего мультипакторного разряда
в немонохроматическом электрическом поле
2.6.1 Мультипакторный разряд в условиях наложения полей электромагнитных волн с различными частотами
2.6.2 Развитие мультипакторного разряда
при фазовой модуляции СВЧ поля
2.6.3 Мультипакторный разряд в самосогласованном высокочастотном поле
3 Односторонний мультипакторный разряд
на диэлектрической поверхности
3.1 Классическая модель мультипакторного разряда на диэлектрике: различные подходы к исследованию задачи
3.2 Мультипакторный разряд на диэлектрике
в отсутствие внешних статических полей
3.2.1 Развитие разряда в поле плоских волн линейной поляризации
3.2.2 Развитие разряда в поле плоских волн круговой поляризации
Заключение
Список литературы
Список публикаций по теме диссертации

Введение
Мультипакторный разряд впервые был описан в 1934 году в работе [1] как лавинообразное увеличение числа свободных электронов во внутреннем вакуумном пространстве мощных радиочастотных приборов. В основе данного эффекта, как правило, лежит синхронизм между движением облака свободных электронов и колебаниями высокочастотного электрического поля. Развитие разряда происходит за счет вторичной электронной эмиссии с внутренних поверхностей вакуумных систем. Разряд начинается с небольшого количества затравочных электронов, присутствующих в системе по случайным причинам, например, вследствие действия космических лучей; в дальнейшем число электронов может лавинообразно увеличиваться. Синхронизм наблюдается при выполнении некоторых резонансных условий, обеспечивающих воспроизведение параметров движения для каждого нового поколения эмитированных электронов. Кроме того, для развития разряда энергия удара электрона о внутреннюю поверхность устройства должна быть достаточна для того, чтобы обеспечить выход с этой поверхности более одного вторичного электрона. Характерное для мультипакторного разряда лавинообразное размножение электронов в большинстве случаев определяется выполнением именно этих двух условий (синхронизм и высокая энергия удара); их количественная формулировка зависит от геометрии исследуемого вакуумного устройства, конфигурации электромагнитного поля, материала и характера обработки внутренних поверхностей.
Первоначально автор [1] рассматривал возможность использования этого эффекта для усиления сигнала. В 1936 году он сконструировал электронные трубки для телевизионных камер. Эти трубки, названные мультипакторами, использовали механизм умножения числа электронов за счет вторичной эмиссии и позволяли получать 1000-кратное усиление сигнала. Однако, они не получили широкого практического применения, поскольку были сконструированы приборы, обладающие большей чувствительно-
разом, приводит к изменению электрического поля в пространстве между электродами в зависимости от конфигурации электронного облака. Основным методом исследования также являлось численное моделирование, основанное на методе частиц в ячейке. При изучении характеристик двустороннего мультипактора в стадии насыщения были обнаружен интересный эффект зависимости типа мультипактора от параметров вторичной эмиссии [20А,22А,24А]: при высоком уровне вторичной эмиссии имел место переход от двустороннего мультипактора к односторонним резонансным режимам (при которых электроны возвращаются к поверхности эмиссии) вблизи стадии насыщения. Подобный эффект наблюдался ранее экспериментально и при численном моделировании ускорительных систем, внутреннее пространство которых частично заполнено диэлектриком (Diclcctric-Loaded Accelerating Structures) [80,81]. Центральная часть подобной системы представляла собой узкий металлический цилиндр, внутренняя поверхность которого была покрыта тонким слоем диэлектрика. СВЧ элек трическое поле волны ТМ0j имело как продольную, так и радиальную компоненту. На начальном этапе своего развития мультипактор проявлялся как двусторонний резонансный режим. Однако, по мере роста числа частиц возникало статическое электрическое поле, направленное по радиусу к оси цилиндра и обусловленное накоплением электронов в пространстве над поверхностью диэлектрика [80] или накоплением положительного заряда па самой его поверхности [81]. В обоих случаях наблюдалось развитие односторонних режимов благодаря появлению статического возвращающего электрического поля, и характеристики стадии насыщения определялись в этом случае свойствами одностороннего мультипакторного разряда. В работах [22А,20А,24А] переход от двустороннего к одностороннему режиму развития лавины был исследован в рамках плоскопараллельной модели с металлическими поверхностями эмиссии. Таким образом, классификация задач о мультипакторе по типу электронных траекторий в целом довольно условна, и даже в базовой плоскопараллельной модели мультипактора заложена возможность существенного усложнения свойств разряда при выполнении определенных условий.