Гиротроны для технологических комплексов и диагностических систем

• Автор: Глявин, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 319 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Экспериментальное исследование факторов,
влияющих на КПД гиротронов
1.1 Влияние однородности эмиссии катода на КПД
гиротрона и диагностика качества катодов по вольт-амперной характеристике
1.2 Особенности взаимодействия мод при генерации
на рабочих модах высокого порядка
1.3 Влияние СВЧ мощности, отраженной от элементов электродинамической системы, и нестабильности напряжения на КПД и спектр
выходного излучения гиротронов
2 Высокоэффективные гироприборы с рекуперацией остаточной энергии
электронного пучка
2.1 Особенности рекуперации в гироприборах
2.2 Экспериментальное исследование
энергетических спектров электронного потока в коллекторной области гиротрона
2.3 Гиротрон на первой гармонике гирочастоты с
рекуперацией остаточной энергии электронов
2.4 Технологический гиротрон на второй гармонике
гирочастоты с рекуперацией энергии
2.5 Повышение КПД гиро-ЛОВ за счет
использования коллектора с рекуперацией
3 Разработка и экспериментальное
исследование гиротронов для микроволновых технологий
3.1 Комплексы микроволновой обработки

материалов на базе гирприборов
3.2 Гиротрон на первой гармонике гирочастоты для технологического микроволнового комплекса
3.3 Гиротроны на второй гармонике гирочастоты
для задач микроволновой обработки материалов
3.4 Технологический гиротрон с низким рабочим напряжением
4 Субмиллиметровые гиротроны для
диагностических приложений
4.1 Непрерывный субмиллиметровый гиротрон с
рабочей модой высокого порядка
4.2 Гиротрон с приосевым электронным пучком и магнитной системой на основе постоянных
магнитов
4.3 Перспективы генерации субмиллиметрового излучения в гиротронах на третьей гармонике гирочастоты
4.4 Численное моделирование плавной широкополосной перестройки частоты в коаксиальном гиротроне с подвижным
внутренним стержнем
4.5 Гиротрон терагерцового диапазона частот с импульсным соленоидом
Заключение
Цитированная литература
Список публикаций автора по теме диссертации

ВВЕДЕНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
Последние десятилетия характеризуются широким использованием электровакуумных источников когерентного электромагнитного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн в различных областях физики и техники [1]. По уровню выходной мощности в этом диапазоне несомненное лидерство принадлежит гирорезонансным генераторам (гиротроны, гиро-ЛОВ) и усилителям (гироклистроны, гиро-ЛБВ), основанным на взаимодействии винтового потока электронов с высокочастотными полями электродинамических систем, не содержащих малых, по сравнению с длиной волны, элементов (см, например, обзоры [2-14]). Последнее обстоятельство позволяет избежать минитюаризации пространства взаимодействия и относительно просто реализовать системы с большой запасенной энергией активной среды (электронный пучок) и приемлемыми тепловыми нагрузками на элементы прибора. Несмотря на значительные успехи в развитии гиротронов, достигнутые за время исследований, проблемы повышения КПД гиротронов и освоение гиротронами субмиллиметрового диапазона длин волн продолжают оставаться актуальными.
В настоящий момент можно выделить три основных области использования гироприборов [1]:
• управляемый термоядерный синтез (УТС);
• микроволновая обработка материалов;
• спектроскопия и диагностика различных сред.
Для нагрева плазмы и управления током в установках УТС, сегодня, как правило, требуются гиротроны, работающие на частотах 110-170 ГГц

1 2іГ ~ 2 »7 = 1 - ||а(/,А, А,50)|’«/і90 - “поперечный” КПД
гиротрона, V = — - отношение поперечной скорости электронов к их полной скорости у = 2~и0 , /е(у) - функция распределения электронов

комплексная
величина
осцилляторным скоростям, а = (рх -іРу)/Ріо]е'ш°' описывает изменение поперечного импульса под
действием высокочастотного поля, 7 - безразмерный параметр тока, пропорциональный току пучка I, ц - безразмерная длина пространства взаимодействия, Д - расстройка циклотронного резонанса (определение 7 , М и А , зависящих от поперечной скорости электронов, дано, например в [37,52]), В0 - начальная фаза электронов на входе в резонатор,
0 = тФ°М/дДИФ + дт1) ‘ нагруженная добротность резонатора, <дш
- омическая и дифракционная добротности резонатора соответственно.

•Дґ // ' /// /V/ у;//////////// ~ГГ7-Г77ш7-77,77~ГГ7У~7ГГГ7-77'7-Г7-Г7-ГГ

1 х а 4 і
Г *

Рис. 1.1 Схема анализатора скоростного разброса электронов Цифрами обозначены 1- катод, 2- анод, 3 - корпус лампы, 4 - коллектор, 5 - сетка,
6,7 - диафрагмы с секторным вырезом При выполнении соотношений подобия для
моделирующего режима Вм = В/Дк им = и/к Ім = І/л[Іс* (к - коэффициент моделирования) обеспечивается сохранение вида электронных траектории и параметров электронного потока [85]