Гиротроны и их характеристики

Оглавление

Описание и принцип работы 1
Характеристики гиротронов 5
Список источников: 10

Гиротроны являются наиболее мощными источниками излучения миллиметрового диапазона длин волн, которые находят все более широкое применение в различных областях науки и техники. В последнее время достигнут значительный прогресс в продвижении гиротронов в субмиллиметровый диапазон. При работе на основной гармонике гирочастоты в традиционной схеме цилиндрическогогиротрона, а также при работе на гармониках гирочастоты в так называемом гиротроне с большой орбитой получено терагерцовое излучение с мощностью несколько киловатт. В то же время ряд практических приложений требует существенного повышения уровня мощности субмиллиметровых гиротронов. В частности, интенсивно обсуждается использование субмиллиметрового излучения для дополнительного нагрева плазмы в установках термоядерного синтеза, а также для отдаленного зондирования источников ионизации, где необходимы уровни мощности в несколько сотен киловатт. Кроме того, ряд практических задач требует реализации гиротронов, обладающих перестройкой частоты излучения. К таким задачам, прежде всего, относятся методы диагностики и спектроскопии различных сред, включая динамическую поляризацию ядер.электродинамическая система гиротрона должна представлять собой открытый в поперечном направлении планарный волновод, который позволяет реализовать эффективную дифракционную селекцию мод вдольширокой поперечной координаты. В такой геометрии развитие пространства взаимодействия вдоль одной изпоперечных координат делает возможной запитку генератора ленточным электронным потоком, линейный размер которого более чем в 50 раз превосходит длину волны, обеспечивая тем самым повышение мощности излучения при сохранении умеренной плотности тока пучка и интенсивности полей.

Мощныйгиротрон на высоких модах связанных резонаторов с трансформацией мод
Для создания мощных источников когерентного излучения на длинах волн необходимо обеспечить селективное возбуждение рабочей моды в пространственно развитых электродинамических системах. Для решения этой задачи в гиротронах было предложено использовать связанные резонаторы с трансформацией мод (СРТМ), отличающиеся эффективной селекцией мод по поперечным индексам.
Особенностью задачи селекции мод в гиротронах является то, что максимальный КПД на рабочей моде достигается при такой расстройке магнитного поля, когда стартовый ток этой моды значительно больше, чем ее минимальный стартовый ток. Поэтому при высокой плотности спектра резонансных мод паразитные моды, близкие к рабочей по частоте и эффективности взаимодействия с электронным пучком, могут подавлять рабочую моду в зоне ее высокого КПД, что вынуждает перестраивать гиротрон на заведомо неоптимальный режим работы. Особенно сильное отрицательное влияние оказывает конкуренция мод на работу гиротронов на гармониках гирочастоты, в которых активными паразитными модами могут быть все моды на низших гармониках, обладающие в традиционных резонаторах преимуществами по возбуждению над рабочей модой.
СРТМ состоит из секций круглого волновода разного диаметра, соединенных более или менее плавным (возможно, скачкообразным) переходом (рис. 3). Эти секции (парциальные резонаторы) возбуждаются на парциальных модах, имеющих одинаковые собственные частоты и трансформирующихся друг в друга в переходной области 3. Исходя из аксиальной симметрии СРТМ, очевидно, что взаимная трансформация мод и сильная связь резонаторов 1 и 2 имеют место лишь при совпадении азимутальных индексов парциальных мод и Нm,р1и Нm,р2.