Информационно-измерительная система для экспериментального исследования гиротронов

• Автор: Постникова, Анна Станиславовна
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 119 с. : ил

Содержание
Введение
1 Характеристика основных направлений и постановка задачи на разработку информационно - измерительной системы для экспериментального исследования гиротронов

1.1 Общее описание прибора

1.2 Экспериментальные исследования винтовых электронных пучков (ВЭП)

1.2.1 Анализ формирования ВЭП

1.2.2 Основные положения метода тормозящего поля

1.2.3 Постановка задачи на автоматизацию эксперимента

1.2.4 Расчетные формулы для получения характеристик винтовых электронных пучков по экспериментальным данным

1.2 Диагностика катодов методом вольт-амперных характеристик

1.3 Определение выходной мощности и КПД гиротронов
1.4 Определение энергетического спектра электронного пучка после взаимодействия с ВЧ полем в гиротроне
2 Разработка моделей информационно-измерительной системы для исследования гиротронов на основе объектно-ориентированного подхода
2.1 Обоснование применения ООП
2.2 Использование Унифицированного языка моделирования ЦМЬ
2.3 Динамическая модель системы (диаграмма вариантов использования)
2.4 Статический вид системы
2.5 Динамические модели системы (продолжение)
2.5.1 Диаграммы взаимодействия
2.5.2 Диаграммы состояний и деятельности
2.6 Моделирование физических аспектов системы
3 Реализация информационно-измерительной и системы для экспериментального исследования гиротронов
3.1 Принципы построения информационно-измерительных систем для гиротронных исследований
3.2 Выбор технических средств
3.3 Структура и состав программного обеспечения
3.4 Описание подсистемы по определению характеристик винтовых электронных пучков методом тормозящего поля
3.4.1 Техническое обеспечение подсистемы и погрешности измерений
3.4.2 Численные методы, применяемые при обработке экспериментальных данных
3.4.3 Технология проведения эксперимента с использованием информационно--измерительной системы
3.4.4 Второй вариант реализации подсистемы по определению характеристик винтовых электронных пучков методом тормозящего ПОЛЯ
3.4.5 Преимущества проведения эксперимента под управлением информационно--измерительной и управляющей системы
3.5 Подсистема для измерения вольтамперных характеристик гиротронов
3.5.1 Необходимость реализации подсистемы в двух режимах
3.5.2 Технология проведения эксперимента
3.5.3 Результаты работы подсистемы
3.6 Подсистема для определения энергетического спектра электронного пучка после взаимодействия с ВЧ полем в гиротроне

3.7 Подсистема по определению областей генерации гиротронов
3.7.1 Технические и программные особенности реализации
подсистемы
3.7.2 Технология проведения эксперимента с использованием информационно измерительной системы
3.7.3 Расширение подсистемы с целью измерения потерь СВЧ-мощности для различных типов квазиоптических преобразователей
3.7.4 Результаты работы подсистемы по определению областей генерации гиротронов
Заключение
Приложение А. Словари предметной области и используемых терминов
Приложение В. Дополнительные диаграммы
Приложение С. Аппаратура, используемая для второго варианта реализации системы
Литература

Введение
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Данная работа посвящена разработке информационно-измерительных и управляющих систем для экспериментального исследования гиротронов. Гиротрон - относится к классу мазеров на циклотронном резонансе (МЦР), приборов, основанных на индуцированном циклотронном излучении электронов, являющихся неизохронными осцилляторами вследствие релятивистского эффекта. [1-5]. МЦР, и прежде всего гиротроны, намного превосходя все другие источники электромагнитного излучения диапазона миллиметровых длин волн по мощности и эффективности, сохраняют возможности дальнейшего развития и остаются объектом интенсивного исследования. Диапазон миллиметровых длин волн имеет ряд специфических свойств:
• возможность распространения в относительно плотной плазме с концентрацией электронов пе > 1013 -1015 см'3 и взаимодействия с ней;
• возможность концентрации и дистанционного управления посредством зеркал подобно световому излучению;
• значительное поглощение практически во всех конденсированных средах, в том числе и в чистых кристаллических материалах.
Учет этой специфики и необходимость источников высокой мощности делают привлекательным использование гиротронов. Мощные непрерывные и квазинепрерывные гиротроны широко используются в экспериментальных установках управляемого термоядерного синтеза (УТС) для нагрева и активной диагностики плазмы, в ллазмохимии, для дальней радиолокации, для микроволновой обработки материалов и спектроскопии высокого разрешения. Новыми областями применения мощных гиротронов может оказаться локация космического мусора (частей спутников) и крупномасштабный мониторинг атмосферной активности [3, 4].
В настоящее время электронно-циклотронный нагрев (ЭЦН) плазмы в экспериментальных установках УТС - главная область использования сверхмощных длинноимпульсных и квазинепрерывных гиротронов с рабочими частотами от 50 до 170 ГГц. Например, по программе “Международный термоядерный экспериментальный реактор” (ITER) для системы ЭЦН плазмы требуются источники непрерывного СВЧ излучения с суммарной мощностью более 50 МВт на частоте 170 ГГц и порядка 10 Мвт на частоте около 100 ГГц [26]. На современном этапе оптимальным путем достижения требуемых параметров представляется создание энергетических комплексов, сформированных на базе непрерывных гиротронов с выходной мощностью порядка 1 МВт. Кроме того, для стабилизации плазменных неустойчивостей и управления профилем энерговклада ЭЦН, во многих совре-

Обобщение показывает связь наследования между классами. На языке ЦМЬ эту связь изображают в виде стрелки от класса потомка к классу-предку (->). Реализации - семантическое отношение между классами, когда одна сторона формулирует условия, а другая обязуется их выполнять (—>).
Рисунок 2.4 - Диаграмма классов подсистемы по определению характеристик электронных пучков гиротронов.