Введение к работе
Актуальность- reizi. Релятивистская високочастотная
'лехтронихз является одной из интенсивно рззеиезющихся в
:астопщев время областей СВЧ электроники. Значительный прогресс в
той області: сзязаїї с разработкой (с 60-х годоз) и
оверсекстзованнем оссбоЯ группк ускорнтелеЯ ззрязюнних чзстиц -
ллы:оточ:мх электронных ускорителей (СЗУ), позволяющих
opt/іфовзть реллтгапстскиэ электронные пучки (РЕП) с током
:-:А ... 10 '.!А пул анергии электронов от 100 кзЗ до нескольких
эЗ при длительности к/пульса ст 10 не до несколько сотэн
:ткросекунд (в зав:іс:в«сстк ст типа ускорителя). Первоначально
зкие ускорители использовались для получения мезшх п.-лг/дьсов
:нтгено2Скогс излучения, однако позднее оігл П32ЛП применение и
других областях, в частности для генерации vonnoro СЗЧ
злучения. В настоящее і_:емя з СВЧ генераторах на РЭП достигнуто
зпность порядка 10 ГЗт в 3-см диапазоне.
Могшие СЗЧ ганератои на ?ЗП походят применение, з
істности, для нагрева плазмы з установках управляемого
ірмоядерного синтеза, для ускорения электронных к конных пучков,
іученпя процессов взаимодействия излучения С БЄЩЗСТВ0М. ' 3
дунем сферой применения таких генераторов могут стать
смическая СЗЧ энергетика, дальняя радиосвязь, радионавигация и
дислокация и т.д. При этом _о многих, случаях достигнутая к
стоящему времени длительность импульса СВЧ излучения является
достзточноЯ (например, при мощности излучения порядка 10 ГБт
ятелыость импульса не превышает нескольких десятков
весекунд). Одноя из проблем, стоящих на пути создания мощных
лятиеяс-"чсіх СВЧ приборов с ОольпоЯ длительность» импульса.
является формирование сильноточного РЭП со стабильными пространственно-временными характеристиками. Основными факторами, обуславливающими нестабильность -характеристик РЭП, являются, во-первых, дзихэнпе катодной плазмы взрызоэмнсекошюго катода (этот фактор является весьма существенным з міжросекунднсм диапазоне длительностей F3H): ао-ьтор^х, рзэвйтго в пучке различных нзустойчпзостеЯ; в-тезтих, воздействие сильного СЕЧ ноля в электродинамической системе генератора на электрошшй пучок._ Эти процессы могут привести к развалу пучка и срыву .операции, поэтому проблема фор-чгяроь-иД'Я РЭП со стабильными характеристиками представляет больной интерес.
Для генерирования и усиления СЗЧ кзлучрнкя при гс:.;;г;; РЭП зашли применение как "тргдкциокнк&'* - Кй*стиьтг из Езрехятпзпстской электроники схемы электронных приборов (клкстрся, ХСЗ к др.), так у. прибор;:, действие которых основано па роллтпзнстк:пх зіСектзх (нацрдаер, ггрот^оны и лазеры на свободных электронах). При атом в миллиметровом к более коротковолновых диапазонах перспективно использование релятивистских приборов, которые позволяют достичь укорочения длины волны за счет доплерсвского преобразования частоты. Наиболее коротковолновыми устройствами такого типа являются мазеры и лазеры на свободных электронах (МСЭ и ЛСЭ), использунциэ явление Еыяугдаганого рассеяния электромагнитных полей на РЭП и работоспособные в диапазонах от миллиме ттхэеого до оптического (в принципе возможно создание ЛСЭ, работающих п в рентгеновском диапазонэ). В настоящее время основными для устройств этого г.яіа являются задачи увеличения к.п.д. и мощности излучения. ПоБызакие к.п.д. и мощности МСЭ и ЛСЭ мохе? быть достигнуто s случае
использования рокима двойного циклотронного резонанса резонансного рассеяния электромагнитной волші на ?ЗП, при котором з связанной с электронном пучком системе отсчета частоти падзвдей я рассеяной волк близки к частоте щжло'тронного вращения электронов в ведущем кагнитЕом поле. При этом роль пздакцей золки иоїят выполнять квазізстатіїческое пространственно—периодическое маплтное или электрическое поле ондулятора, которое з связаннее с электронным пучком системе отсчета эквивалентно электромагнитной волне. Ондуляторы с прострзнстзенно--периодичесхим магнитным полем (в которых" :.:сг.ет таксе присутствовать однородное ведущее магнитное полз) в дальнейхец для краткости будем называть просто "ондуляторы".
Следует отметить, что неоднородность амплитуда ондулятерного поля по толщине РЗП монет привести. к значительному" ухудшении параметров ЛСЭ. Поэтому большой интерес представляет задача создания ондулятора, пригодного для применения - в приборах с трубчатым РЭП и обеспечивающего з области транспортировки электронного пучка Енсокуа однородность а'шлитуды ондуляторного поля. Для расчета парамэтроз таких ондуляторов необходима разработка.аналитической методики.
Ондуляторы ?.:огут применятся и для накачки поперечных скоростей РЗП з гиротронах с сильноточными ' пучками, когда использование магнетронно-инжекторных пулек является затруднительным.
ОсновЕьаги целями работы яаляптся:
ї. исследование. процессов формирования и транспортировки микросекундяого сильноточного трубчатого РЗП со стабильней пространственно-временными характеристиками.
- о -
2. Исследование динаміки релятивист -.них электронов з
ондуляторе с ведущим Магнитки:.! полем.
3. Разработка ондулятора с однородной по .олекнє пучка
амплитудой поля, накачки к методов расчета параметров тают:
ондуляторов.
Л. Теоретическое исследование излучения РЭП в ондуляторе и оптимизация параметров СБЧ генераторов, основанных на атом механизме.
5. Создание и экспериментальное исследование СВЧ генераторов на вшукденном рассеянии электромагнитных, волн на РЗП.
Научнз.ч новизна диссертационной работы состоит з следующем:
1. В МЕкросекундном диапазоне длительностей РЭП с покоаью
взрывозмЕссионного катода с конической поверхностью сформирован
трубчатый F3K с увеличенной начальной толщиной стенки и
исследовано влияние процессов образования и разлета катодной
плазмы на эволюцию радиального профиля плотности тока данного РЗП.
2. Теорб^іче, к: исследована динамика релятивистских
электронов в кеедиабатичвских (с неадиабатическим "зключопием"
ондуляторного поля по длине) ондуляторах с esдудим магнитным
полам.
3. Проведено сравнение движения электронов в адиабатических
и неадиабзтических ондуляторах и показано, что в неадиаОаткче-зких
ондуляторах для достижения заданного поперечного импульса
электровоз требуется значительно меньшая величина ондуляторного
поля.
4. Для снижения разброса поперечных скоростей электронов
трубчатого РЭП, обусловленного пространстзэнной неоднородностьв
амплитуды ондуляторного поля, поедлокшо использовать
5. В самосогласованном приближении разработана теория излучения электронов з сндуляторэ а неправленая вдоль ведущего магнитного поля и з приближении заданного поля проводено теорэтп-ческоо исследование излучения РЭП попэрек магнитного поля.
7. Экспериментально исследовано излучение РЭП в ондуляторе:
а) Реализован генератор СВЧ излучения на модах Н ,
открытого коаксиального резонатора.
б) Исслздозано излучение РЗП з ондуляторе при совпадении
циклотронной частоты' элэктронов с суОгар:,!оникой Оаунс-частотн и
показано, что в_ этом резямв могзт быть обэспочэна высокая
эффективность СЕЧ генератора.
в) 'Исследована работа генератора .с коаксиальны:/,
ондулятором в режиме резонансного рассеяния с доллеровским
преобразованием частоті:.
Научная и практическая ценность. Результати проведенных ісследозанкЗ могут быть пепользозаны:
1. При создании релятивистских СВЧ приборов с больней упгельностьа импульса излучения н других устройств, где 'ребуются сильногочше электронные пучки со стабильная! ,
пространственно-вреыеншаш характеристиками.
2. Ери расчете параметров пассивных и активных коаксиальных
ондуляторов.
3. При измерениях распределения магнитного поля может
использоваться разработанная методика локального измерения*
ондуляторного поля с компенсацией паразитного сигнала,
обусловленного неидеальностьв датчика.
4. При создании СВЧ приборов, используипих электромагнитное
излучение электронного потока в ондуляторах с ведущим магнитным
полем.-
