ВЛИЯНИЕ АЗИМУТАЛЬНОЙ НЕСИММЕТРИИ ЭЛЕКТРОННО-ВОЛНОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ГИРОТРОНОВ СУБТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА∗

Применительно к реализованному в ИПФ РАН непрерывному гиротрону с рабочей частотой 263 ГГц киловаттного уровня мощности различными методами выполнено моделирование взаимодействия электронного потока с высокочастотным полем резонатора. С использованием системы уравнений для медленно меняющихся амплитуды и фазы поля, а также трехмерного метода крупных частиц (программные коды CST и KARAT) исследовано влияние нарушения азимутальной симметрии инжектируемого электронного пучка на выходные характеристики гиротрона. Соответствие результатов, полученных различными методами, позволяет утверждать о корректности использования трехмерных кодов для анализа приборов с нарушениями азимутальной симметрии электродинамической системы и электронного потока в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Показано, что при практически возможных значениях несимметрии относительное снижение КПД может достигать 40%.

 
Литература

1. Глявин М.Ю., Лучинин А.Г., Богдашов А.А., Мануилов В.Н., Морозкин М.В., Кашин Д., Родин Ю.В., Денисов Г.Г., Роджерс Дж., Ромеро-Таламас К.А., Пу Р., Шкварунец А.Г., Нусинович Г.С. Экспериментальное исследование импульсного терагерцового гиротрона с рекордными значениями мощности и эффективности // Известия вузов. Радиофизика. 2013. Т. 56, No 8–9. С. 550.

2. Глявин М.Ю., Лучинин А.Г. Терагерцовый гиротрон с импульсным магнитным полем // Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50, No 10–11. С. 831.

3. Dumbrajs O. Eccentricity of the electron beam in a gyrotron cavity // Int. J of Infrared and MM Waves. 1994. Vol. 15, No 7. P. 1255.

4. Венедиктов Н.П., Дубров В.В., Запевалов В.Е., Корнишин С.Ю., Котов А.В., Куфтин А.Н., Малыгин О.В., Седов А.С., Фикс А.Ш., Цалолихин В.И. Экспериментальное исследование непрерывного высокостабильного гиротрона на второй гармонике для спектроскопии динамически поляризованных ядер // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53, No 4. С. 260.

5. Завольский Н.А., Запевалов В.Е., Моисеев М.А., Седов А.С. Влияние несоосности электронного пучка и резонатора на характеристики гиротрона // Известия вузов. Радиофизика. 2011. Т. 54, No 6. С. 444.

6. Nusinovich G.S., Vlasov A.N., Botton M., Antonsen T.M., Cauffman S. Effect of the azimuthal inhomogeneity of electron emission on gyrotron operation // Phys. Plasmas. 2001. Vol. 8, No 7. 3473.

7. Nusinovich G.S., Sinitsyn O.V., Antonsen T.M. Mode switching in a gyrotron with azimuthally corrugated resonator // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 98. 205101.

8. Dumbrajs O., Nusinovich G.S. Effect of electron beam misalignments on the gyrotron efficiency // Phys. Plasmas. 2013. Vol. 20. 073105.

9. Khutoryan E.M., Dumbrajs O., Nusinovich G.S., Idehara T. Theoretical study of the effect of electron beam misalignment on operation of the gyrotron FU IV A // IEEE Trans. on Plasma Science. 2014. Vol. 42, No 6. P. 1586.

10. Ginzburg N.S., Nusinovich G.S., Zavolsky N.A. Theory of nonstationary processes in gyrotrons with low-Q resonators // Int. J. Electron. 1986. Vol. 61, No 6. P. 881.

11. Glyavin M.Yu., Chirkov A.V., Denisov G.G., Fokin A.P., Kholoptsev V.V., Kuftin A.N., Luchinin A.G., Golubyatnikov G.Yu., Malygin V.I., Morozkin M.V., Manuilov V.N., Proyavin M.D., Sedov A.S., Sokolov E.V., Tai E.M., Tsvetkov A.I., Zapevalov V.E. Experimental tests of 263 GHz gyrotron for spectroscopy applications and diagnostic of various media // Rev. Sci. Instr. 2015. 86(5). 054705.

12. www.jastec-inc.com/e_products_cryogen/index.html

13. Чирков А.В., Денисов Г.Г., Куфтин А.Н., Запевалов В.Е., Малыгин В.И., Моисеев М.А., Корнишин С.Ю. Многочастотный гиротрон с высокоэффективным синтезированным волноводным преобразователем // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 33, No 8. C. 71.

14. https://www.cst.com/Products/CSTS2

15. Тараканов В.П. Универсальный электромагнитный код КАРАТ // Математическое моделирование. Проблемы и результаты / Под ред. О.М. Белоцерковского. М.: Наука, 2003. 477 с.

16. Zaslavsky V.Yu., Ginzburg N.S., Glyavin M.Yu., Zheleznov I.V., Zotova I.V.Three-dimensional particle-in-cell modeling of terahertz gyrotrons with cylindrical and planar configurations of the interaction space // Phys. Plasmas. 2013. Vol. 20. 043103.

17. Тараканов В.П. Теоретический и численный анализ нелинейных задач физики плазмы посредством кода КАРАТ. Дисс. д.ф.-м.н. М., 2011. http://test.vak.ed.gov.ru/common//img/uploaded/files/TarakanovVP.pdf

18. Зайцев Н.И., Гинзбург Н.С., Завольский Н.А., Запевалов В.Е., Иляков Е.В., Кулагин И.С., Куфтин А.Н., Лыгин В.К., Моисеев М.А., Новожилова Ю.В., Розенталь Р.М., Цалолихин В.И. Высокоэффективный релятивистский гиротрон сантиметрового диапазона длин волн с микросекундной длительностью СВЧ импульса // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27, No 7. С. 8.

19. Гинзбург Н.С., Зайцев Н.И., Иляков Е.В., Кулагин И.С., Розенталь Р.М. Наблюдение автомодуляционных режимов генерации в релятивистском гиротроне с запаздывающей обратной связью // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28, No 9. С. 85.

20. Нусинович Г.С., Эрм Р.Э. КПД МЦР-монотрона с гауссовым продольным распределением ВЧ поля // Электронная техника. Сер 1. Электроника СВЧ. 1972. No 8. C. 55.

21. Моисеев М.А., Нусинович Г.С. К теории многомодовой генерации в гиромонотроне // Известия вузов. Радиофизика. 1974. Т. 17, No 11. С. 1709.

22. Запевалов В.Е., Корнишин С.Ю., Котов А.В., Куфтин А.Н., Малыгин О.В., Мануилов В.Н., Седов А.С., Цалолихин В.И. Система формирования электронного пучка для гиротрона с частотой 258 ГГц, предназначенного для экспериментов по динамической поляризации ядер // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53, No 4. С. 251.

23. Семенов Е.С., Планкин О.П., Розенталь Р.М. Развитие методов анализа электронно-оптических систем гиротронов с нарушениями азимутальной симметрии // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2015. Т.23, No3 (в печати).

24. Malygin A.S., Pagonakis I.G., Piosczyk B., Kern S., Weggen J., Thumm M., Jelonnek J., Avramides K.A., Ives R.L., Marsden D., Collins G. Design and 3-D simulations of a 10-kW/28-GHz gyrotron with a segmented emitter based on controlled porosity- reservoir cathodes // IEEE Trans. Plasma Sci. 2013. Vol. 41, No 10. P. 2717.

стр. 108
Статус: 
одобрено к публикации
Краткое содержание (PDF):