Введение к работе
В ка"тся:.';ее гре>*н получила Соїьшое рзззитме техника ускорения сильноточных релятивистских пучков с "оквмн з дачтки и сотни кнлоаыггер. из-?а больших .значении iai...сонной имеріии, коіоруи ;;ож;го пспользозатї. п различных приложениях: свсрхмощног г.'. -черкрсья кім электромагнитных импульсов, пучковый.'.'ьагрев плазмы, коллективное, ускорение ионов и тд.-Одной из наиболее важны.', проблем г:ля ;я генср.';У!5 СЗЧ излучения и
. диапазоне ...чзстот..., от...!.. ГГц и„ выте .1.-r.crvrr.'snu^ н^праплепием дл;: поьышення мощности СВЧ излучения являются системы, работающие на
7ci;j^.!p.^atcHL-.tt'70i:i:^ ' .>- -
Отличительной особенностью систем с BIC является способности генерировать электромагнитные колебания только при токах выше предельного, когда выполняется условие формирования ВК. Поэтому СВЧ генераторы на основе систем с ЗК (отражательные триоды и виркзторы) имеют существенно более высокий уровень мощности по сравнению с традиционными приборами, работающими на допредельных токах { магнетроны, клистроны и т.д. ). Ограничение мощности s устройствах с ВК определяете** в основном возі'ож-" костями уггор;;тслі!:^і':тсх::т::гт: г: гмэтропрэткостъ» ««'""«кчи" ):"* -ч-.к» ~!k> _< і -жигано, что Лез применения дополнительных фохусцруюпді'л устр''і:сті ,ч.олы с КК и енркэюру спосебны г-.нернроу-.ак. в широком дн,:па son? эг деп'їлотроаих до г.;нллпмг:р.:Б,,!\ длин волн. Кра-і; тоге такі'? г.;.іі6Ч>рн имеют рлд сугдестЕ^-иьк досточисті»: роімОл!!оїТ)~ fT.,[«^"n'.«'ji..-(( jк) ч;;,'м')т. , компактность к киь-т. ук'.изни гростс-та. Ііггргчі'сл'.ніс-ле і,';-"-';:-'.-'-. слс:"м с В!С .челаici их конкурентоспособными, я n р» м .-.*;,:,-'.". і .':.. гяріьіми прибора:.;)!.
Однако для полного і-»ікмь';сва:чія sccx везі ожногге'і приборов на основе ВК н повышения эффективности излучения требуется провести теоретические пссльдовами» по Ь'.'^яы V'na>'.!i.:n с. :.;1;;о-!лыл .м/.'ОкСь II механизма излучения в зс»и;чмостм or KcrTj'yi-'Tnbiii-'x О4.о0їишх;ій;і прибора. Осуществить это в'условиях наиболее приближенных к лгйеттттелыюсти кожио используя методы численного моделирования.
Целью данной диссертации .-да.гется численное изучение дш«ш:ка электронного потока и генерации СВЧ излучения к внркатора». к отражательных триодях длз повышен»» эффективности названных приборов и получения возможности упратшёння "спектральными характеристикаии излучения.
-4-Научная новизна работы
1. Разработаны численные алгоритмы для моделирования самосогласован
ной динамики электронного потока о нестационарных электромагнитных полях в
двумерном приближении при отсутствии аксиальных возмущений {0/5z = 0).
2. Исследованы нефизнческие эффекты, возникающие при использовании
определенных алгоритмов метода "крупных частиц".
-
Численно изучены особенности динамики электронного потока и возбуждения электромагнитных колебаний в системах с несимметричной потенциальной ямой. '
-
Получены зависимости частот излучения и механических частот электронного потока и потенциальной ямы от геометрических и^зяектрических параметроз коаксиального триода.
-
Показано наличие максимума мощности излучения в зависимости от прозрачности анода в коаксиальном триоде.
-
Исследовано возбуждение ССЧ генерации в коаксиальном триоде с ограниченной эмиссионной способностью катода.
Практическая ценность работы
Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы в НИИ ядерной физики при Т.омском политехническом' университете при проведении экспериментальных исследований генерации мощных импульсов электромагнитного излучения в системах с Ш< к представляют интерес для научных организаций, ведущих разработку новых приборов на основе систем с ВК, таких как ИСЭ РАН, МРТИ РАН, ИОФ РАН, ХФТИ АН Украины, И ВТ РАН и др.
Основные положения работы, представляемые к защите
1. Алгоритмы двухмерной нестационарной модели транспортировки сильно
точного РЭП в вакууме на основе решения уравнений Максвелла-Власова в
полярной (R - 0) системе координат в приближении дід z = О ив системе
координат R-Z в приближении аксиальной симметрии {дід6 = 0).
2. Условия корректности работы электромагнитных кодов, моделирующих
эмиссию электронного потока в режиме ограничения тока собственным зарядом
и использующих неконсервативные алгоритмы.
3. Закономерности динамики РЭП в виркаторе на основе магнитоизолирован-ного диода:.
- условия формирования несимметричной потенциальной ямы за счет образова
ния дополнительного зиртуалыюго катода на отраженном потоке;
- зависимости токаи энергии захваченного в потенциальную яму потока
частиц от входных параметров пучка и геометрии системы;
-отличие частот „колебаний ВК1 и ВК2 и их зависимости от параметров системы.
-і. Дьух'іастоишГі режим геяерапки- в- виріиноре «і-нгсніїмеїричноЧ потенциальной ямой. Соответствие частот генерації,! времени движения электронного потока в разных областях потенциальной ямы и частотами колебаний соответст-вугощкх виртуальных катодоз.
5. Закономерности формирования виртуального катода в коаксиальном триоде: -
зависимости размеров, формы потенциальной ямы и плотности циркули
рующих в ней токов от электрических и геометрических параметров системы:
- наличие дрейфа среднего положения ВК от центральной оси к аноду в
триодах с накоплением заряда в.области..взаимодействия (при ограниченной
эмиссии с катода).
-
Существование в коаксиальном триоде оптимальной прозрачности анода, при которой амплитуда полей и эффективность излучения максимальна.
-
Спектральные закономерности в коаксиальном триоде:
соответствие частоты излучения когерентным механическим частотам электронного потока (колебания центра тяжести пучка, колебания среднего положения ВК, плазменные колебания в области ВК);
- соотношение частоты излучения колебаниям частиц в потенциальной яме.
Апробация материалов диссертации."- " -'.-.. ..:.-.
Основные" результаты" работы, положенные в, основу.,, диссертации
докладывались на IX Международной хонференции по высокомощным пучкам
частиц, на 19 Международной конференции по плазменным исследованиям, на
Всесоюзной школе "Физика и применение микроволн", на VII Всесоюзном
семинаре по высокочастотной электронике, наХ и XI Всесоюзном семинаре
по методам расчета ЭОС, Основные результаты диссертации отражены в 12
печатных работах, опубликованных в журналах "Радиотехника и электроника",
"ЖТФ", "Математическое моделирование" в материалах и тезисах конференций
и семинаров [ 1 -12]. '.-. .............. ......
':ЖТФ", "Математическое моделирование'1 в материалах и тезисах конференций и семинаров [ 1-12].
Структура и объем диссертации