Исследование синтезированных электронных пушек с криволинейными пучками в режиме ограничения тока пространственным зарядом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.04, кандидат физико-математических наук Солуянова, Елена Александровна

• Солуянова, Елена Александровна
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Солуянова, Елена Александровна

Оглавление

Стр.

Введение

Глава 1. Синтез систем формирования интенсивных криволинейных электронных пучков с осевой и трансляционной симметрией

1.1 Алгоритм решения внешней задачи для аксиально-

симметричных и плоских систем

1.2 Программа синтеза систем формирования ламинарных

пучков

1.3 Синтез безмагнитных систем формирования криволинейных пучков

I Электростатический поток с плоского катода

II Эмиссия с полуплоскости

III Эмиссия с цилиндрического катода

IV Эмиссия со спирального катода

V Эмиссия с конического катода

Глава 2. Синтез магнетронно-инжекторных пушек гиротронов в

режиме ограничения тока пространственным зарядом

2.1 Поток Драйдена в однородном и слабо неоднородном магнитных полях

2.2 Методика синтеза магнетронно-инжекторных пушек в режиме ограничения тока пространственным зарядом

2.3 Синтез пушек с различной цилиндричностью

2.4 Результаты траекторного анализа синтезированной системы

Глава 3. Экспериментальные исследования синтезированных

магнетронно-инжекторных пушек в режиме ограничения тока пространственным зарядом

3.1 Экспериментальная установка

3.2 Экспериментальная пушка

3.3 Накальные характеристики синтезированной пушки.

Конструктивные и технологические особенности исследованных катодов

3.4 Вольтамперные характеристики синтезированной пушки

3.5 Измерения скоростного разброса и осцилляторной энергии

электронов в пучке. Эмиссионные характеристики пушки

в зависимости от магнитной индукции на катоде

Глава 4. Экспериментальные исследования гиротронов с электронными пушками, работающими в режиме ограничения тока пространственным зарядом

4.1 Гиротрон на рабочей частоте 28 ГГц. Исследование влияния

паразитной эмиссии на режимы генерации

4.2 Гиротрон с пониженной паразитной эмиссией на рабочей частоте 83 ГГц

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование синтезированных электронных пушек с криволинейными пучками в режиме ограничения тока пространственным зарядом»

Введение

1. Достижения СВЧ электроники больших мощностей в значительной степени определяются физическими свойствами активных сред, служащих источником энергии электромагнитного излучения. В мощных генераторах и усилителях, работающих в широком диапазоне длин волн X от декаметровых до миллиметровых, активная среда представляет из себя потоки свободных ( движущихся в вакууме ) электронов. На длинах волн Х>1см эффективным является использование черенковского или переходного механизмов излучения движущихся прямолинейно электронных потоков [1]. С точки зрения освоения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн наибольший интерес представляют пучки с криволинейными периодическими траекториями, где энергообмен между электронным потоком и электромагнитным полем возможен в электродинамических системах, не содержащих малые по сравнению с длиной волны элементы. Среди слаборелятивистских систем с энергиями электронов менее 100 кэВ наиболее перспективными в данном диапазоне оказались мазеры на циклотронном резонансе (МЦР), принцип действия которых основан на индуцированном излучении ансамбля классических электронных осцилляторов, помещенных в резонансное статическое однородное магнитное поле В0 [2, 3]. В таком поле электронные осцилляторы образуют пучок с винтовыми электронными траекториями - так называемый винтовой электронный пучок (ВЭП) [4].

Одним из наиболее широко используемых СВЧ генераторов такого типа является гиротрон [5-11]. Формирование ВЭП в гиротронах производится, как правило, в адиабатических магнетронно-инжекторных пушках (МИП - рис.1) [12]. В то время,

Рис.1 Схема электронно-оптической системы и распределена осевого магнитного поля в гиротроне.

как в большинстве случаев в вакуумной СВЧ-электронике высоких мощностей применяются электронные пушки, формирующие потоки электронов в режиме ограничения тока пространственным зарядом (р-режиме) [13], в гиротронах традиционно применяются работающие в режиме температурного ограничения эмиссии (Т-режиме) пушки [14]. В таких пушках поле пространственного заряда потока носит характер поправки к холодному полю электродов, поэтому при их расчетах эффективным оказывается подход, основанный на аналитической адиабатической теории без учета пространственного заряда [15-17] и последующем численном траекторного анализе с учетом пространственного заряда [18-23]. Адиабатическая теория позволяет определить основные геометрические размеры и электрический режим МИП. Траекторный анализ электронно-оптической системы (ЭОС) учитывает влияние неадиабатичности пушки и возмущения, вносимые кулоновским полем пучка. На основе траекторного анализа осуществляется коррекция геометрии пушки с целью получения параметров пучка, требуемых для эффективного взаимодействия с высокочастотным полем; в частности, доля осцилляторной энергии электронов в пространстве взаимодействия ^ должна быть максимальной

и= (У±о)2/ (УоЯ (1)

а относительный скоростной разброс электронов в пучке 5У_|_ -минимальный

5У1=ДУ1/ У]_о- (2)

Здесь У10, Уо - средняя вращательная и полная скорости электронов

в области однородного магнитного поля резонатора В0, дУ^о -абсолютная величина разброса вращательных скоростей в пучке.

В слаборелятивистских МЦР в процессе энергообмена между ВЧ полем и электронным пучком в энергию СВЧ излучения

преобразуется только осцилляторная доля энергии электронов [3,

24]. С этой точки зрения желательно использовать возможно большие значения Однако, для МИП характерна пробочная

конфигурация магнитного поля (рис.1) [14], из-за чего при больших ^ часть электронов ВЭП из-за разброса скоростей отражается от

магнитного зеркала, не доходя до рабочего пространства, и захватывается в образующуюся между катодом и резонатором адиабатическую ловушку [25]. Совершая в ней продольные колебания, захваченные электроны могут возбуждать в переходной области ВЧ поля и инициировать этим высокочастотные неустойчивости в пучке, приводящие к ускорению части электронов. Попадающие на катод ускоренные электроны несут повышенную энергию, за счет которой развивается лавинообразный процесс по следующему сценарию: "бомбардировка" катода запертыми частицами, его разогрев и неуправляемое нарастание тока пучка, что в конечном итоге приводит к электрическому пробою электродного промежутка. Ситуация усугубляется появлением при "бомбардировке" катода вторичных электронов, часть которых тоже захватывается в ловушку, снова бомбардирует катод и т.д.

Описанный эффект при работе в режиме температурного ограничения эмиссии часто ограничивает мощность и КПД гиротронов, имеет тенденцию к развитию в длинноимпульсных и непрерывных приборах и оказывает разрушающее действие на эмиттирующую поверхность. В Т-режиме избавиться от эффекта нарастания тока можно путем снижения либо скоростного разброса 5У_ь либо относительной осцилляторной энергии Минимальная

величина скоростного разброса даже при исчезающе малом токе пучка I ограничена совместным вкладом таких физически неустранимых причин как тепловые скорости электронов и сильные

электрические поля микрошероховатостей поверхности эмиттера [19, 26]. В силу специфики формирования осцилляторной скорости в МИП (когда складываются не энергии а скорости, соответствующие указанным источникам скоростного разброса) совместный вклад этих величин достигает 10-15%. К этой величине еще добавляется вклад поля пространственного заряда пучка. В результате уже при токах Ы).11л (1л - ленгмюровский ток пушки) полная величина разброса превышает 25-30%. Из (1)-(2) и закона сохранения энергии легко получить, что при таком разбросе условием отсутствия отраженных электронов является ограничение средней величины ^ на уровне 0.6-0.7, т.к. [26]

1±мах~1/(^±+1). (3)

В силу изложенных причин, в ряде случаев может оказаться целесообразной установка в гиротрон р-режимных МИП (МИПР) [27-29]. Одним из основных преимуществ таких пушек является принципиальное отсутствие эффекта неуправляемого нарастания тока, т.к. в этом случае ток полностью определяется геометрией пушки и анодным напряжением и не зависит от температуры катода. Кроме того, при работе в р-режиме возможно повышение однородности снимаемого с катода тока, и нет необходимости постоянно контролировать нагрев катода, чтобы не превысить допустимый ток в приборе. Системы в р-режиме позволяют получать максимально возможный при заданной геометрии ток пучка.

При расчетах МИПР учет кулоновского поля потока, очевидно, является принципиальным моментом, а равенство нулю электрического поля на катоде нарушает условия адиабатичности по крайней мере на значительной части первого витка электронной траектории. Поэтому используемая для Т-режимных МИП методика предварительного определения геометрии и основных параметров

пучка на базе адиабатической теории оказывается неприемлемой. Наиболее последовательно учесть поле пространственного заряда с самого начала проектирования пушки позволяет метод синтеза, позволяющий определять геометрию электродов и электрический режим пушки по характеристикам электронного пучка [30].

Методика синтеза пушек гиротронов с однородным в области пушки магнитным полем сначала в плоско-симметричной а затем в аксиально-симметричной постановке как для Т-, так и для р-режима была предложена в работах Ш.Е.Цимринга и В.Н.Мануйлова [31, 14, 32] и получила развитие в работе [33]. В аксиально-симметричном случае в качестве базового потока для решения внутренней задачи был выбран известный поток Драйдена [34] в однородном магнитном поле, а при решении внешней задачи использован метод Харкера перехода от уравнения Лапласа к эквивалентной ему гиперболической системе дифференциальных уравнений путем аналитического продолжения исходной системы уравнений электрического поля в комплексную область [35-37]. В этих же работах были сформулированы критерии ламинарности потоков при решении внутренней задачи. Последующее определение размерных параметров системы формирования осуществлялось на основе расчета адиабатического инварианта электрона на первом витке электронной траектории [38, 39].

Реальные магнитные поля в области катода МИП представляют собой поля рассеяния основного соленоида, а углы наклона вектора магнитной индукции к оси аксиальной симметрии прибора достигают 10°. В этих условиях форма электродов синтезированных систем и параметры формируемых этими системами электронных пучков могут существенно отличаться от найденных в рамках модели потока Драйдена в однородном магнитном поле [40, 41]. Ранее принятая методика расчета поперечного адиабатического

инварианта может вносить погрешность в расчет приобретаемой электронами в р-режиме осцилляторной энергии из-за того, что на начальном участке траектории вблизи поверхности катода поле меняется как у1//3 (у - координата вдоль нормали к поверхности) и таким образом не является адиабатическим [42, 43].

Электродные конфигурации, получаемые на основе метода синтеза, достаточно сложны. Метод синтеза, как показывают расчеты, не позволяет также определить форму катодного "носика" МИП. Поэтому на заключительном этапе расчета пушки производится коррекция формы электродов для получения технологически приемлемых электродных конфигураций. Естественно, при этом вносятся возмущения в распределения полей, предписанных методом синтеза. Применение траекторного анализа позволяет количественно оценить возмущения, вносимые при коррекции, определить качество электронного пучка, а при необходимости внести небольшие поправки в форму электродов [28, 29].

До последнего времени изучение синтезированных МИПР гиротронов ограничивалось развитием их теории. Экспериментально в р-режиме исследовались лишь пушки с традиционной геометрией, проектирование которых осуществлялось без должного учета влияния пространственного заряда. Поэтому они характеризовались низким качеством формируемых пучков, а соотвествующие гиротроны имели КПД на уровне нескольких процентов (см. работу [44]). Теоретические модели, положенные в основу синтеза и траекторного анализа МИПР, адекватно описывают поле пространственного заряда в области катода в предположении пренебрежимо малого влияния неоднородности эмиссии с различных участков катода, паразитной термо- и вторичной эмиссии с фокусирующих электродов и т.п.. Однако, на практике

перечисленные факторы оказывают существенное влияние на работоспособность пушки и гиротрона в целом, поэтому при разработке новых ЭОС особое внимание необходимо уделять устранению причин, негативно влияющих на качество формируемого пучка. Кроме того, технологические особенности изготовления катодов могут приводить к отличию формы электродов от расчетной. Поэтому при работе над созданием синтезированных МИПР на заключительном этапе была проведена серия их экспериментальных исследований, позволяющих проверить адекватность методики теоретического расчета и при необходимости внести в нее соответствующую коррекцию [28, 42, 43]. Причем чисто электронно-оптические измерения параметров пучков, формируемых МИП в р-режиме, еще не позволяют однозначно судить об особенностях использования таких систем в гиротронах, следовательно логическим завершением процесса создания синтезированных МИПР является разработка, изготовление и экспериментальное исследование гиротронов с такими пушками непосредственно в режиме генерации [45, 47].

Следует отметить, что в предшествующих работах траекторный анализ систем в р-режиме, в том числе и синтезированных, проводился (а во многих случаях проводится до сих пор) по упрощенной методике [18, 45], базирующейся на законе 3/2 для плоского элементарного безмагнитного диода в прикатодной области, что оставляет открытым вопрос о погрешности расчета. В то же время требования к точности траекторного анализа, особенно в режиме ограничения тока пространственным зарядом, существенно возрастают, поскольку помимо достаточной точности определения траекторий в этом случае необходимо еще и корректное вычисление распределения тока, которое в свою очередь влияет на форму электронных траекторий. Помимо чисто

практических задач (например, синтеза МИП), методика синтеза криволинейных пучков [43, 46] может быть использована и для тестирования программ траекторного анализа. В частности, в рамках метода синтеза возможно практически точно решить ряд "неудобных" для траекторного анализа задач, в которых электронный поток характеризуется по крайней мере одной или несколькими из пречисленных ниже особенностей:

- криволинейные траектории;

- сильная неоднородность плотности тока вдоль эмиттера;

- малый радиус кривизны эмиттера (криволинейный катод);

- большая компрессия потока по площади поперечного сечения;

- переменный радиус кривизны эмиттера.

Совокупность решений с указанными особенностями может образовать достаточно полный набор задач для тестирования универсальных программ анализа электронно-оптических систем. Впервые на возможность такого подхода указано в работе [38]. Позднее в работе В.А.Сырового и А.В.Вашковского [48] предложены некоторые варианты потоков с указанными особенностями. Однако результаты работы [48] ограничивались решением только внутренней задачи синтеза в окрестности катода и, таким образом, не позволяли использовать полученные там результаты в качестве набора тестовых задач.

2. Основные цели диссертационной работы состоят в следующем.

а) Решение внутренней и внешней задач синтеза для систем формирования криволинейных электронных пучков в режиме ограничения тока пространственным зарядом со сложной геометрией электродов и электронного потока, пригодных в качестве системы тестов для вновь создаваемых программ траекторного анализа.

б) Разработка методики синтеза аксиально-симметричных МИП в режиме ограничения тока пространственным зарядом (МИПР) с неоднородным магнитным полем в прикатодной области. Траекторный анализ синтезированных систем.

в) Экспериментальное исследование синтезированных МИПР.

г) Экспериментальное исследование гиротронов с синтезированными МИПР.

3. Научная новизна.

а) Решены внутренние и внешние задачи синтеза систем формирования ряда криволинейных электронных пучков, отличающихся сложной геометрией потока и формой электродов. Разнообразие полученных решений позволяет использовать их в качестве тестов универсальных программ траекторного анализа интенсивных электронных потоков.

б) Выполнен синтез МИП гиротронов с потоком Драйдена в неоднородном магнитном поле. Разработана методика синтеза МИП, формирующих в р-режиме электронные пучки с параметрами, пригодными для использования в гиротронах.

в) Впервые экспериментально исследованы накальные и вольтамперные характеристики синтезированных МИПР гиротронов. Предложены и реализованы методы предотвращения паразитной эмиссии с фокусирующих электродов. Разработана конструкция высокотемпературного катодного узла, обеспечивающая контрастную эмиссию в р-режиме.

г) Проведены измерения доли осцилляторной энергии и скоростного разброса в ВЭП, формируемых синтезированными МИПР. Показано удовлетворительное соответствие измеренных величин результатам теоретического расчета. Предложена и реализована принципиально новая методика оценки параметров

ВЭП непосредственно в рабочем (а не моделирующем) режиме работы МИПР.

д) Разработаны и исследованы два экспериментальных гиротрона с синтезированными МИПР (с частотами 28 ГГц и 83 ГГц). Максимальный КПД гиротрона на частоте 83 ГГц составил 40%.

4. Практическая ценность.

Полученные в диссертации решения ряда задач формирования криволинейных пучков со сложной геометрией потока и формой электродов [46] могут быть использованы при разработке и тестировании универсальных программ траекторного анализа плоско- и осесимметричных электронно-оптических систем. Проектирование высокопервеансных систем формирования ВЭП в режиме ограничения тока пространственным зарядом на основе метода синтеза актуально для создания новых гиротронов промышленного применения. Предложенные и отработанные в диссертации методы предотвращения провоцирующей электрические пробои паразитной эмиссии полезны также при разработке Т-режимных пушек, и используются при изготовлении непрерывных гиротронов малого (мощность -10 кВт) и среднего (мощность ~ 50 кВт) уровня мощности в Нижегородском филиале ЗАО НПП "Гиком" [7-9, 11]. Внедренная в ходе выполнения диссертации технология изготовления катодно-подогревательных узлов на основе композиционных углеродных материалов обеспечила контрастный нагрев эмиттера (и, следовательно, контрастную эмиссию) в компактных гирорезонансных приборах, имеющих катоды малого радиуса (< 10 мм) [11]. Разработанная новая методика оценки параметров формируемого МИПР электронного пучка непосредственно в рабочем режиме гиротрона

[47] позволяет обойтись без изготовления специального анализатора параметров ВЭП, а также упрощает процедуру предварительного исследования свойств электронного потока и настройку гиротрона на оптимальный режим работы. Впервые продемонстрирована возможность достижения высоких КПД -40% в гиротронах с синтезированными пушками, рассчитанными на режим ограничения тока пространственным зарядом.

5. Публикации и апробация результатов.

Основные результаты диссертации изложены в статьях [27, 28, 41, 46, 47] и докладывались на следующих семинарах, конференциях и школах (публикации [7-9, 11, 29, 39, 40, 42, 43]):

X, XI Всесоюзном семинарах по методам расчета электронно-оптических систем (Львов, 1990г., Алма-Ата, 1992г.); II, III International workshop "Strong microwaves in plasmas", (Нижний Новгород, 1994г., 1996г.), Третьем всероссийском семинаре "Проблемы теоретической и прикладной электронной оптики". (Москва, 1998г.), 11-й международной школе по СВЧ электронике и радиофизике (Саратов, 1999г.).

6. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы 158 страниц. Из них основной текст составляет 103 страницы, литература (68 источников) 8 страниц, иллюстрации - 44 страницы.

7. Краткое содержание диссертации.

В первой главе диссертации в общем виде формулируется постановка задачи синтеза для произвольных криволинейных плоско-симметричных и аксиально-симметричных потоков и

излагается методика решения внешней задачи синтеза на основе метода Харкера при условии, что внутренняя задача сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений. Точность избранного метода решения иллюстрируется на примере синтеза цилиндрической пушки Пирса. Описывается разработанная в ходе работы над диссертацией универсальная программа синтеза, позволяющая по заданной системе обыкновенных дифференциальных уравнений внутренней задачи, найти характеристики потока и форму электродов. Данная программа может служить инструментом создания "неудобных" для траекторного анализа тестовых задач. Представлены результаты синтеза ряда предложенных в статье [48] Вашковским A.B. и Сыровым В. А. безмагнитных систем формирования криволинейных электронных пучков, отличающихся по крайней мере одной из перечисленных ниже особенностей:

- криволинейные траектории,

- сильная неоднородность плотности тока вдоль эмиттера,

- малый радиус кривизны эмиттера (криволинейный катод),

- большая компрессия потока по площади поперечного сечения,

- переменный радиус кривизны эмиттера.

Сложность рассмотренных задач может при необходимости существенно меняться за счет изменения параметров внутренней задачи и начальных условий.

Во второй главе развивается теория расчета синтезированных МИП гиротронов с неоднородным магнитным полем, работающих в режиме ограничения тока пространственным зарядом (МИПР). В качестве основы для написания системы дифференциальных уравнений внутренней задачи синтеза выбран поток Драйдена. Выводятся уравнения для случая слабо неоднородного магнитного поля как для Т-, так и для р-режима. Найдена связь параметра

неоднородности поля с углом наклона магнитной силовой линии к оси аксиальной симметрии. Выполнен синтез ряда МИПР, предназначенных для работы в гиротронах различных частотных диапазонов и найдены типичные электродные конфигурации. Проведено сравнение результатов синтеза по моделям с однородным и неоднородным магнитным полем. Развита расчетная процедура определения геометрических размеров и электрического режима работы пушки, обеспечивающая заданные значения осцилляторной энергии и радиуса ведущего центра электронных орбит в рабочем пространстве. Проведен траекторный анализ синтезированных систем.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям синтезированных МИП. Описывается методика измерений и экспериментальный образец пушки. Проанализированы серии накальных характеристик (зависимостей тока эмиссии от мощности накала термокатода), на этой основе исследовано влияние паразитной эмиссии с катода и выработаны рекомендации по ее предотвращению. Сняты вольтамперные характеристики МИПР. Разработан новый катодно-подогревательный узел, основанный на применении композиционных углеродных материалов и обладающий повышенной термопрочностью. Методом тормозящего поля в моделирующем режиме измерены скоростной разброс и средняя осцилляторная энергия электронов в формируемом пучке; при сравнении полученных результатов с расчетными данными синтеза и траекторного анализа обнаружено их хорошее соответствие. Исследованы зависимости тока пучка от напряженности магнитного поля на катоде, описан эффект подавления эмиссии в р-режиме отраженными от магнитной пробки электронами. На этой основе предложена оригинальная методика определения параметров формируемого в р-режиме ВЭП

непосредственно в рабочем режиме гиротрона, пригодная также для применения в моделирующем режиме в анализаторе электронных пушек. По этой методике произведены измерения параметров ВЭП экспериментальной пушки, показавшие достаточно хорошее соответствие предыдущим измерениям, а также исследована зависимость параметров пучка от точности настройки гиротрона на оптимальный режим по катодному магнитному полю.

Четвертая глава содержит результаты экспреиментального исследования двух образцов гиротронов с рабочими частотами 28 и 83 Ггц, снабженных синтезированными пушками, работающими в р-режиме. Исследовано влияние паразитной эмиссии и величины катодного магнитного поля на функционирование гиротронов в рабочих режимах. Проведено измерение параметров ВЭП непосредственно в рабочих режимах. Выполнены измерения выходной мощности и КПД; показано, что в исследуемых гиротронах возможно получение КПД на уровне 40%, что не уступает типичным параметрам гиротронов с традиционными электронно-оптическими системами.

Заключение диссертации по теме «Физическая электроника», Солуянова, Елена Александровна

Заключение.

Ниже сформулированы основные результаты диссертации, являющиеся также положениями, выносимыми на защиту.

1. Решены следующие методические и прикладные задачи:

- на основе метода синтеза электронно-оптических систем решен ряд тестовых задач формирования для программ траекторного анализа, ориентированных на электронные пушки со сложной геометрией потока и формирующих электродов,

- предложен метод учета неоднородности магнитного поля в прикатодной области при построении теории синтеза МИП в режимах ограничения тока пространственным зарядом или температурой катода.

2. На основе метода синтеза разработана инженерная методика расчета МИП в режиме ограничения тока пространственным зарядом. Произведен расчет ряда МИПР для гиротронов различных частотных диапазонов.

3. Исследованы серии накальных и вольтамперных характеристик МИП с различной конструкцией и технологией изготовления катодов; на этой основе реализованы системы с пониженной до уровня, не влияющего на параметры пучка, паразитной эмиссией.

4. Предложен новый метод оценки параметров формируемого в р-режиме ВЭП, использующий явление частичного подавления катодного тока отраженными от магнитной пробки электронами. Метод может быть применен непосредственно в рабочем режиме гиротрона. Измерения, произведенные предложенным методом, показали хорошее совпадение результатов с данными, полученными традиционным методом тормозящего поля.

5. В экспериментальном гиротроне с синтезированной МИПР получен КПД 40%.

В дополнение к выше сказанному следует отметить, что обеспечение надежной и эффективной работы гиротрона на токах составляющих 0.5 и более ленгмюровского тока также является немаловажным достижением, т.к. традиционные Т-режимные пушки работают на токах, составляющих -10 % от ленгмюровского тока. Это соответствует напряженности электрического поля на катоде -5 кВ/мм. Относительный разброс электронных скоростей обычно растет с понижением этого поля, т.е. с увеличением влияния пространственного заряда [68]. Любое продвижение в область повышенного пространственного заряда как минимум увеличивает свободу выбора размеров катода и места его установки относительно резонатора, т.к. снимает ограничение "снизу" на допустимую величину электрического поля на эмиттере.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Солуянова, Елена Александровна, 1999 год

Литература:

1. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. - М.: Сов. радио, 1973. - 400 с.

2. Гапонов А.В., Петелин М.И., Юлпатов В.К. Индуцированное излучение возбужденных классических осцилляторов и его использование в высокочастотной электронике. - Изв. ВУЗов -Радиофизика, 1967, т.Ю, №9-10, с. 1414-1453.

3. Гапонов А.В., Гольденберг А.Л., Григорьев Д.И., Орлова И.М., Панкратова Т.Б., Петелин М.И. Индуцированное синхронное излучение электронов в полых резонаторах. - Письма в ЖЭТФ, 1965, т.2, №9, с. 430-434.

4. Лыгин В.К., Цимринг Ш.Е. Расчет электронных траекторий в винтовых пучках, формируемых аксиально-симметричными магнетронно-инжекторными пушками. - ЖТФ, 1973, т.43, №8, с. 1695-1702.

5. Гиротрон.: Сб. статей/ Под ред. А.В. Гапонова-Грехова. - Горький ИПФ АН СССР, 1981. - 253 с.

6. Гиротроны.: Сб. статей/ Под ред. В.А. Флягина. - Горький ИПФ АН СССР, 1989. - 217 с.

7. Bogdanov S.D. and gyrotron team, Solujanova E.A. Industrial gyrotrons from GYCOM. - Conference digest of the XIX international conference on infrared and millimeter waves. - Japan, Sendai international center, 1994, c. 351-352.

8. Bogdanov S.D., Kurbatov V.I., Malygin S.A., Orlov V.B., Solujanova E.A., Tai E.M. Status of gyrotron development in Nizhny Novgorod division of Gycom - Abstracts of III international workshop "Strong microwaves in plasmas" - Russia, N.Novgorod, IAP RAS, 1996, s-35.

9. Богданов С.Д., Курбатов В.И., Малыгин C.A., Орлов В.Б., Солуянова Е.А., Тай Е.М. Мощные прмышленные гиротроны для термоядерного применения. - В кн.: Тез. докл. VI Всероссийской

конференции "Инженерные проблемы термоядерных реакторов". -Санкт-Петербург, ЦНИИатоминформ, 1997, с. 73.

10. Запевалов В.Е., Флягин В.А., Денисов Г.Г., Куфтин А.Н., Лыгин В.К., Моисеев М.А., Фикс А.Ш. Разработка гиротронов мегаваттного уровня мощности для ИТЕР. - В кн.: Тез. докл. VI Всероссийской конференции "Инженерные проблемы термоядерных реакторов". - Санкт-Петербург, ЦНИИатоминформ, 1997, с. 75.

11. Antakov I.I., Gachev I.G., Kurbatov V.l., Sokolov E.V., Solujanova E.A., Zasypkin E.V. KA-band and W-band 10 kW CW high efficiency gyrotrons for materials processing - В кн.: Proceedings of the international workshop "Strong microwaves in plasmas". - Russia, N.Novgorod, LAP RAS, 1997, v.2, p. 679-688.

12. Гольденберг А.Л., Петелин М.И. Формирование винтовых электронных пучков в адиабатической пушке. - Изв. ВУЗов -Радиофизика, 1973, т.16, №1, с. 141-149.

13. Молоковский С.И., Сушков А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. - Л.: Энергия, Ленингр. отд., 1972. - 271 с.

14. Запевалов В.Е., Лыгин В.К., Мануйлов В.Н., Цимринг Ш.Е. Электронно-оптические системы мощных МЦР. - В сб.: Гиротроны. Горький: ИПФ АН СССР, 1980, с. 5-32.

15. Нортроп Т. Адиабатическая теория движения заряженных частиц. Пер. с англ. Балебанова В.М. и Настюхи В.И. Под ред. Семашко H.H. - М.: Атомиздат, 1967. - 127 с.

16. Гольденберг А.Л., Панкратова Т.Б. Адиабатическая теория электронных пушек МЦР. - Электронная техника, сер.1 -Электроника СВЧ, 1971, №9, с. 81-89.

17. Гольденберг А.Л., Петелин М.И., Шестаков Д.И. К расчету адиабатической электронной пушки МЦР. - Электронная техника, сер.1, - Электроника СВЧ, 1973, №5, с. 73-80.

18. Лыгин В.К., Цимринг Ш.Е. Расчет электронных траекторий в винтовых пучках, формируемых аксиально-симметричными магнетронно-инжекторными пушками. - ЖТФ, 1973, т.43, №8, с. 1695-1702.

19. Гольденберг А.Л., Лыгин В.К., Мануйлов В.Н., Петелин М.И., Цимринг Ш.Е. Адиабатическая теория и траекторный анализ пушек гиротронов. - В сб.: Гиротрон/ Под ред. A.B. Гапонова-Грехова. Горький: ИПФ АН СССР, 1981, с. 86-106.

20. Лыгин В.К., Цимринг Ш.Е. Траекторный анализ протяженных винтовых электронных пучков с учетом сил пространственного заряда. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1978, т.21, №9, с. 1363-1370.

21. Мануйлов В.Н., Цимринг Ш.Е. Траекторный анализ винтовых электронных пучков с учетом сил пространственного заряда. -Электронная техника, сер.1 - Электроника СВЧ, 1977, №4, с. 6776.

22. Мануйлов В.Н., Цимринг Ш.Е. Об учете сил пространственного заряда при траекторном анализе протяженных электронных пучков. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1981, т.24, №4, с. 491-497.

23. Lygin V.K., Manuilov V.N., Tsimring Sh.E. Effective code for numerical simulation of the helical relativistic electron beam. - В кн.: Proceedings of the 11-th international conference on High Power Particle Beams. - 1996, vol.1, p. 385-388.

24. Петелин М.И., Юлпатов B.K. Физические эффекты, используемые в МЦР. - В кн.: Лекции по электронике СВЧ (3-я зимняя школа-семинар инженеров). - изд. Саратовского универс., 1974, с.96-143.

25. Цимринг Ш.Е. Формирование винтовых электронных пучков - В кн.: Лекции по электронике СВЧ (3-я зимняя школа-семинар инженеров). - изд. Саратовского универс., 1974, с.3-94.

26. Цимринг Ш.Е. О разбросе скоростей в винтовых электронных пучках. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1972, т. 15, №8, с. 1247-1259.

27. Kuftin A.N., Lygin УК., Manuilov V.N., Raisky В.У., Solujanova E.A., Tsimring Sh.E. Theory of helical electron beams in gyrotrons. — Int Journal of Infrared and Millimeter waves, 1993, v.14, №4, p.792.

28. Мануйлов B.H., Райский Б.В., Солуянова E.A., Цимринг Ш.Е. Теоретическое и экспериментальное исследование магнетронно-инжекторных пушек гиротронов в режиме ограничения тока пространственным зарядом. - Радиотехника и электроника, 1995, т.61, №4, с. 648-655.

29. Raisky В.У., Tsimring Sh.E., Solujanova E.A. Magnetron-injection guns of gyrotrons in space-charge limited current regimes. - В кн.: Proceedings of the international workshop "Strong microwaves in plasmas". - Russia, N.Novgorod, IAP RAS, 1994, v.2, p. 836-842.

30. Цимринг Ш.Е. Синтез систем формирования винтовых электронных пучков. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1977, т.20, №10, с. 1550-1560.

31. Мануйлов В.Н., Цимринг Ш.Е. Синтез аксиально-симметричных систем формирования винтовых электронных пучков. Радиотехника и электроника, 1978, т.23, №7, с. 1486-1495.

32. Мануйлов В.Н., Цимринг Ш.Е. Теория формирования сильноточных винтовых электронных пучков. - В сб.: Гиротрон. Горький: ИПФ АН СССР, 1981, с. 107-121.

33. Edgcombe C.J. Developments in design of electrodes for magnetron injection sources.. - Inter. J. of electronics, 1988, v.64, №1, p. 49-61.

34. Dryden V.W. Exact solutions for space-charge flow in spherical coordinates with application to magnetron-ingection guns. J.Appl.Phis., 1962, v.33, №10, p. 3118-3125.

35. Harker K.J. Determination of electrode shapes to axially symmetric electron guns. - J.Appl.Phis., 1960, v.31, №12, p. 2165-2170.

36. Harker K.J. Design of the electrodes for axially symmetric guns. - J. Appl. Phys., 1962, v.33, №5, p. 1861-1863.

37. Кирштейн П.Т., Кайно Г.С., Уотерс У.Е. Формирование электронных пучков/ Пер. с англ. Э.Я. Пастрона и др. Под ред. Л.В. Шубина. - М.: Мир, 1970. - 600 с.

38. Мануйлов В.Н. Теория формирования и транспортировки интенсивных винтовых электронных пучков. - Дис. на соискание учен. степ. канд. физ.-мат. наук. Горький: ГГУ им. Н.И. Лобачевского, 1984, - 227 с. (ДСП).

39. Мануйлов В.Н., Райский Б.В., Солуянова Е.А., Цимринг Ш.Е. Синтез магнетронно-инжекторных пушек, формирующих винтовые пучки в режиме ограничения тока пространственным зарядом. - В кн.: Тез. докл. X Всесоюзного семинара по методам расчета электронно-оптических систем. - Львов, ЛГУ, 1990, с. 138.

40. Солуянова Е.А. Поток Драйдена для слабо неоднородного магнитного поля. - В кн.: Тез. докл. XI Всесоюзного семинара по методам расчетов электронно-оптических систем. - Алма-Ата, ИЯФ АН Республики Казахстан, 1992, с. 91.

41. Солуянова Е.А. Поток Драйдена в слабо неоднородном магнитном поле. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1995, т.38, №6, с. 596-603.

42. Солуянова Е.А., Цимринг Ш.Е. Синтез и анализ магнетронно-инжекторных пушек гиротронов в режиме ограничения тока пространственным зарядом. - В кн.: Тез. докл. XI Всесоюзного семинара по методам расчетов электронно-оптических систем. -Алма-Ата, ИЯФ АН Республики Казахстан, 1992, с. 92.

43. Мануйлов В.Н., Солуянова Е.А. Синтез магнетронно-инжекторных пушек гиротронов. — Тезисы докладов 11-й международной зимней школы-семинара по СВЧ электронике и радиофизике, Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1999, с.44.

44. Запевалов В.Е., Малыгин С.А., Цимринг Ш.Е. Гиротроны на второй гармонике циклотронной частоты. - В сб.: Гиротроны. Горький: ИПФ АН СССР, 1980, с. 171-187.

45. Солнцев В.А. Метод крупных частиц и математические модели электронных приборов типа О. - В кн.: Лекции по электронике СВЧ (4-я зимняя школа-семинар инженеров). Кн.4. Саратов: СГУ, 1978, с. 6-65.

46. Вашковский A.B., Солуянова Е.А., Сыровой В.А., Цимринг Ш.Е. Внешняя задача синтеза для точных решений уравнений электростатического пучка. - Радиотехника и электроника, 1986, т.31, №4, с. 783-791.

47. Мануйлов В.Н., Райский Б.В., Солуянова Е.А., Цимринг Ш.Е. Теоретическое и экспериментальное исследование магнетронно-инжекторных пушек гиротронов в режиме ограничения тока пространственным зарядом. - Радиотехника и электроника, 1995, т.61, №4, с. 648-655.

48. Вашковский A.B., Сыровой В.А. Исследование точных решений уравнений электростатического пучка. - Радиотехника и электроника, 1983, т.28, №11, с. 2247-2257.

49. Овчаров В.Т. Уравнения электронной оптики для плоскосимметричных и осесимметричных электронных пучков с большой плотностью тока. - Радиотехника и электроника, 1962, т.7, №8, с. 1367-1378.

50. Сыровой В.А. Инвариантно-групповые решения уравнений пространственного стационарного пучка заряженных частиц. -ПМТФ, 1963, №3, с. 26-35.

51. Сыровой В.А. Геометризированные уравнения пучка и примеры их инвариантных решений. - Радиотехника и электроника, 1979, т.24, №11, с. 2336-2341.

52. Нагкег K.J. Solution of the Couchy problem for Laplace equation in axially symmetric systems. - J. Math. Phys., 1963, v.4, №7, p. 993-998.

53. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. - М.: Наука, 1965, с. 443.

54. Мануйлов В.Н., Цимринг Ш.Е. О применимости дрейфовой теории для анализа интенсивных электронных пучков в скрещенных полях. - В кн.: Тез. докл. VI Всесоюзного семинара по численным методам решения задач электронной оптики. Рязань: РРТИ, 1978, с.68.

55. Райский Б.В., Цимринг Ш.Е. О расчете систем формирования интенсивных электронных пучков в режиме ограничения тока пространственным зарядом. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1993, т.36, с. 955-958.

56. Авдошин Е.Г., Гольденберг АЛ. Экспериментальное исследование адиабатических электронных пушек МЦР. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1973, т.16, №10, с. 1605-1612.

57. Kuftin A.N., Lygin V.K., Manuilov V.N., Postnikova A.S. and Zapevalov V.E. Advanced numerical and experimental investigation for gyrotrons helical electron beams. — Int.Journal of Infrared and Millimeter waves, 1999, v.20, №3, p.361-382.

58. Булыга A.B., Капустин Н.Ф., Солонович B.K. и др. Исследование термоэмиссионных свойств монокристаллов гексаборида лантана в вакуумном диоде с узким межэлектродным зазором. -Электронная техника, сер.6. - Материалы, 1986, №2, с. 13-17.

59. Алексеев Г.И., Аристова И.Я., Батрак И.К. и др. Исследование свойств термоэмиттеров из Laß 6, изготовленных методом плазменного напыления. - Электронная техника, сер.6. -Материалы, 1985, №8, с. 7-12.

60. Ермилов А.Н., Логинов Л.В. Высокотемпературные катодно-подогревательные узлы из композиционного материала. Приборы и техника эксперимента, 1991, №2, с. 201-204.

61. Аристова И.Я., Алексеев Г.И. и др. Повышение экономичности крупногабаритных термоэмиттеров из гексаборида лантана. - VII Всесоюзный симпозиум по сильноточной электронике. Новосибирск, 1988, т.1, с. 152-154.

62. Масленников О.Ю., Паромова М.В., Титов Ю.В. и др. Исследование свойств металлопористых катодов (МПК) на основе алюминатов (Ва0)4-х(Са0)хА1203. - В кн.: Тез. докл. XXI Всесоюзной конф. по эмиссионной электронике. - Л., 1990, ч.1, с. 174.

63. Коваленко В.Ф. Тепловые процессы и электровакуумные приборы. - М.: Сов. радио, 1975, 216 с.

64. Miram J. Diagnostic technics with a computer controlled beam analyzer. - IEDM Technical Digest, 1986, v.30, №6, p. 708-711.

65. A.c. 226044 (СССР). Электронная пушка магнетронного типа. /Гольденберг А.Л., Панкратова Т.Б., Петелин М.И. - Опубл. в Б.И., 1972, №8, с.234.

66. Flyagin V.A., Kuftin A.N., Lygin V.K., Luchinin A.G., Malygin O.V., Manuilov V.N., Tsimring Sh.E., Zapevalov V.E. CW 10 kW technological gyrotron in the 15-50 GHz range. - В кн.: Proceedings of the international workshop "Strong microwaves in plasmas". - Russia, N.Novgorod, LAP RAS, 1997, v.2, p. 711-716.

67. Власов C.H., Орлова И.М. Квазиоптический преобразователь волн волновода круглого сечения в узконаправленный волновой пучок. - Изв. ВУЗов - Радиофизика, 1974, т.17, №1, с. 148-154.

68. Andronov A.N. et. al. Formation and diagnostic of helical gyrotron electron beams. - В кн.: Proceedings of the 11-th international conference on High Power Particle Beams. - 1996, vol.1, p. 485-488.