Формирование сильноточных электронных пучков микросекундной длительности для генерации мощного СВЧ-излучения

• Автор: Гаркуша, Олег Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Электронный сильноточный ускоритель прямого действия микросекундной длительности
1.1 Высоковольтный источник прямоугольных импульсов микросекундной длительности на основе формирующих линий
1.1.1 Обоснование выбора схемы микросекундного источника питания
1.1.2 Расчет параметров микросекундного источника питания
1.1.3. Расчет геометрии разрядников сильноточного ускорителя
1.1.4. Конструкция высоковольтного источника напряжения
1.2. Блок электронного инжектора
1.3 Система транспортировки сильноточных электронных пучков микросекундной длительности
1.4 Информационно- измерительная система для регистрации
мощных импульсных сигналов с крутыми фронтами
1.4.1. Структура информационно-измерительной системы
1.4.2. Первичные преобразователи 42 Глава 2. Формирование сильноточных электронных пучков микросекундной длительности в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией
2.1 Генерация стабильных сильноточных электронных пучков
микросекундной длительности
2.2. Влияние материала катода на форму импульса тока и параметры сильноточных электронных пучков
2.3. Формирование сильноточных пучков в системах с многокромочными катодными узлами
2.3.1. Катод с линией задержки
2.3.2. Многокромочные катодные узлы 65.

2.4 Влияние процессов зарядовой нейтрализации в сильноточном диоде
на формирование электронных пучков микросекундной длительности 72 Глава 3. Модуляция сильноточных электронных пучков с помощью коаксиальных резонаторных структур
3.1. Модулятор на основе пассивных коаксиальных четвертьволновых
резонаторов
3.2 Взаимодействие сильноточного электронного пучка с одним
коаксиальным четвертьволновым резонатором
3.3 Модуляция сильноточных электронных пучков в пассивной
двухрезонаторной структуре
3.4 Исследование механизма взаимодействия микросекундного СЭП
с коаксиальной двухрезонаторной структурой
Глава 4. Генерация излучения микросекундной длительности в СВЧ-приборах на виртуальном катоде
4.1 Анализ конструкций СВЧ-приборов на виртуальном катоде
4.2 Расчет параметров СВЧ-излучения в виркаторе
4.3 Методика измерения частоты СВЧ-излучения в виркаторе
4.4 Генерация СВЧ-излучения микросекундной длительности
в различных схемах виркаторов
4.5 Управление параметрами СВЧ-приборов на виртуальном катоде
в магнитном поле пробочной конфигурации
Заключение
Список использованной литературы
Приложение

Введение
В настоящее время сильноточные электронные пучки (СЭГТ) находят широкое применение в различных физических и технологических исследованиях, среди которых можно отметить генерацию жесткого рентгеновского или мощного электромагнитного излучения, коллективное ускорение ионов, управляемый термоядерный синтез, модификацию поверхностей различных материалов [1-8]. Одно из современных направлений развития сильноточной электроники -генерация СЭП для мощных генераторов и усилителей СВЧ [9,10]. Развитие техники генерации СЭП с помощью сильноточных электронных ускорителей прямого действия позволило достигнуть уровня мощности импульсных СВЧ-генераторов порядка десятка гигаватт с длительностью импульсов до нескольких сотен наносекунд [11,12].
На современном этапе для СВЧ-техники, в частности, для усиления и генерации колебаний от миллиметрового до дециметрового диапазонов длин волн, характерно большое разнообразие конкретных типов и классов СВЧ- приборов, успешно работающих на основе различных физических принципов. Здесь находят применение модификации классических приборов СВЧ как резонансного, так и нерезонансного типов: многорезонаторные релятивистские клистроны, мощные лампы бегущей и обратной волны (ЛБВ и ЛОВ) типа О и типа М, многорезонаторные релятивистские магнетроны, платинотроны и ДР-[13, 14].
В последнее время появилось большое количество новых устройств, имеющих принципиальные отличия от вышеназванных СВЧ-приборов: лазер-троны, мазеры на циклотронном резонансе, виркаторы.
В таблице 1. приведены основные параметры основных типов мощных СВЧ-устройств [15-21].

U - напряжение инжекции. Расчет проведен для величины тока пучка 2 кА и энергии электронов 400 кэВ.
Из полученных оценочных расчетов следует необходимость создания однородного магнитного поля с величиной магнитной индукции на оси не менее 0,75 Тл. С учетом размещения катод-анодного промежутка в неоднородном магнитном поле, а также с учетом коэффициента запаса, соленоид должен формировать на оси канала транспортировки однородное магнитное поле с магнитной индукцией, величина которой составляет не менее 1,0 Тл.
По результатам предварительных оценок был выбран за основу соленоид длиной 0,8м с числом витков 200 и индуктивностью - 4 мГн. При этом максимальное значение тока в обмотке соленоида составляет 6,6 кА.
Без учета потерь максимальный ток в соленоиде 1т при разряде емкостного накопителя на него определяется из соотношения [7.4]:
где изар - зарядное напряжение на конденсаторе, С - емкость батареи конденсаторов, Ь - индуктивность соленоида.
Для синхронизации работы системы транспортировки и сильноточного диода необходимо знать время, за которое ток в системе транспортировки достигнет своего максимального значения. Это время составляет четверть периода колебательного процесса в разрядной цепи и определяется по известной формуле:
Для проникновения магнитного поля в канал транспортировки через стенку вакуумной камеры, выполненной из нержавеющей стали толщиной 2 мм, длительность полупериода колебательного процесса в ЬС - контуре должна составлять не менее 10 мс. При таких длительностях разряда в качестве коммутатора можно использовать игнитрон, например ИРТ-2.
(1.8)
г = —VZc
(1.9)