Проблемы генерации высокоэффективных одномодовых колебаний в мощных коротковолновых гиротронах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.04, кандидат физико-математических наук Глявин, Михаил Юрьевич

• Глявин, Михаил Юрьевич
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Глявин, Михаил Юрьевич

Введение

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Устойчивость колебаний рабочей моды в гиротроне.

1.1 Устойчивость одномодовых колебаний при синхронном взаимодействием мод. Установление колебаний в многомодовом гиротроне.

1.2 Переходные процессы на фронте импульса ускоряющего напряжения.

1.3 Влияние нестабильности ускоряющего напряжения на эффективность и устойчивость работы гиротрона.

1.4 Влияние отраженного сигнала на режим работы гиротрона.

Глава 2. Исследование катодов и электронных пучков гиротронов.

2.1 Диагностика катодов методом вольт-амперных характеристик и связь эмиссионной неоднородности с параметрами электронного пучка.

2.2 Измерение разброса начальной энергии электронов в гиротроне.

2.3 Энергетические спектры электронного потока после взаимодействия с ВЧ полем гиротрона.

Глава 3. Экспериментальное исследование гиротронов.

3.1 Высокоэффективный гиротрон с рекуперацией энергии.

3.2 Гиротрон на второй гармонике гирочастоты с рабочей модой высокого порядка.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проблемы генерации высокоэффективных одномодовых колебаний в мощных коротковолновых гиротронах»

Общее название мазеры на циклотронном резонансе (МЦР) используется для приборов, основанных на индуцированном циклотроном излучении электронов, движущихся в однородном статическом магнитном поле [1-5]. МЦР, а из них прежде всего гиротроны и гироклистроны, намного превосходя все другие источники излучения диапазона миллиметровых длин волн по мощности и эффективности (см. обзоры [6-14]), сохраняют возможности дальнейшего совершенствования и остаются объектом интенсивного исследования. Излучение этого диапазона имеет ряд специфических свойств, а именно:

• возможность распространения в относительно плотной плазме с концентрацией электронов пе > 1013 -1015 см"3 и взаимодействия с ней;

• возможность концентрации и дистанционного управления посредством зеркал подобно световому излучению;

• значительное поглощение практически во всех конденсированных средах, в том числе и в чистых кристаллических материалах.

Поэтому, мощные непрерывные или квазинепрерывные гироприборы используются для нагрева термоядерной плазмы, плазмохимии, дальней (космической) радиолокации, высокотемпературной обработки ряда материалов, спектроскопии сверхвысокого разрешения и ряда других применений [15,16].

Основные проблемы гироприборов, прежде всего гиротронов, связаны с получением большой выходной мощности. Высокие уровни мощности заставляют уделять большое внимание и эффективности всей системы как при преобразовании энергии электронов в ВЧ излучение, так и при транспортировке и использовании излучения.

Принципиальная возможность получения большой мощности миллиметрового диапазона длин волн в МЦР и других электронных мазерах, использующих индуцированное магнитотормозное излучение электронов, обусловлена взаимодействием электронов с высокочастотным полем в пространственно развитых резонансных системах без мелкомасштабных элементов, сравнимых с длиной волны. Факторами, лимитирующими выходную мощность в этих системах, являются максимальная допустимая величина плотности омических потерь (тепловая нагрузка) какого-либо узла лампы, или ухудшение качества электронного пучка при большом токе, или возбуждение паразитной моды, если селективность резонатора недостаточна. Пути повышения мощности, если речь идет о высокоэффективном приборе, каким является гиротрон, известны: это повышение тока или напряжения электронного пучка или того и другого вместе. При фиксированных значениях напряжения и диаметра электронного пучка возможность увеличения тока ограничена из-за пространственного заряда в электронной пушке [17-19]. Повышение напряжения в принципе дает возможность весьма значительно повысить мощность, как показывают исследования релятивистских гироприборов [20-22]. Однако, рассмотрение релятивистских приборов имеет специфические особенности и выходит за рамки данной работы. Поскольку напряжения порядка 100 кВ использовались в гиротронах почти с самого начала, естественным путем кардинального повышения мощности является согласованное увеличение диаметров резонатора (с переходом на более высокую моду) и электронного пучка, позволяющее пропорционально увеличить и его ток.

Ограничение выходной мощности тепловыми нагрузками в резонаторе п QдиФ Р , „ „ определяется плотностью омических потерь Ром - —--— ((¿ш и 0,ДНФ

0.ОМ омическая и нагруженная добротности резонатора, последняя определяется в основном дифракционной связью открытого резонатора с выходным волноводом), также может быть преодолено только путем увеличения диаметра, а значит и площади поверхности резонатора 5, поскольку величина QдИф ограничена снизу [23]. Но при этом увеличивается и плотность спектра собственных частот в резонаторе, из-за чего получить устойчивую одномодовую генерацию рабочей моды становится все сложней, т.к. оказывается возможным резонансное взаимодействие активной среды - потока электронов - одновременно с несколькими модами. Таким образом, задача повышения мощности оказывается тесно связанной с задачей обеспечения одномодовой генерации в низко добротных сверхразмерных резонаторах.

При достаточно большой величине тока в таком генераторе условия самовозбуждения выполняются одновременно для нескольких мод. В переходном режиме при возбуждении нескольких мод происходит независимое нарастание их амплитуд до значений, при которых вследствие нелинейных свойств активной среды начинается взаимодействие мод.

Многомодовость может быть причиной нестабильной работы генератора: перескоков частоты генерации, соответствующих переключению с одной моды на другую, снижения КПД, появления дополнительных шумов [14,24-26]. В зависимости от сценария включения может возбуждаться несколько конкурирующих типов колебаний [26,27]. Обеспечение стабильности рабочего типа колебаний является важной задачей разработки и конструирования мощных генераторов микроволнового излучения.

С точки зрения теории колебаний многомодовый генератор представляет собой систему с числом степеней свободы равным количеству возбуждаемых мод. Исследованию таких систем посвящено большое число работ, в частности и по гиротронам, в которых рассмотрены основные эффекты имеющие место в многочастотных системах (конкуренция мод, затягивание частоты, принудительная синхронизация, биения, см., например, [28-32]). Основной задачей данной работы был детальный анализ нелинейных процессов и определение на его основе областей в пространстве параметров, в которых имеет место устойчивая одномодовая генерация с высоким КПД. Анализ одновременного возбуждения многих мод и их взаимодействия в гиротронах требует учета нестационарных процессов. Только при таком подходе можно выяснить характер установившегося режима генерации (если он реализуется). Как следует из рассмотрения простейших моделей, многомодовость в МЦР может приводить к нестабильности и полному срыву генерации на рабочей моде, многочастотной генерации с примесью паразитных мод или излучению только паразитных колебаний [33-36]. Известно, что для обеспечения одномодовой генерации в МЦР применяются методы электродинамической и электронной селекции [37,38]. Первые состоят в снижении добротности паразитных мод или изменении плотности спектра вблизи рабочей моды (использование гофрированных, коаксиальных, двухзеркальных резонаторов и др.) Электронная селекция использует то обстоятельство, что электронный поток по разному взаимодействует с модами, отличающимися друг от друга эффективным объемом, продольным распределением и поперечной структурой поля. Таким образом, ответ на вопрос о предельной плотности спектра взаимодействующих мод, при которой возможна одномодовая генерация рабочей моды с высоким КПД, связан с вопросом предельной эффективности электронной селекции. При больших плотностях спектра уже на этапе разработки гиротронов должны использоваться методы электродинамической селекции мод.

Одновременно с повышением мощности продолжает оставаться актуальной задача повышения эффективности МЦР. Поскольку в слаборелятивистском гиротроне в процессе взаимодействия электронов с ВЧ-полем меняется только энергия орбитального движения частиц, но не энергия их поступательного движения, КПД гиротрона с учетом ВЧ омических потерь в Q стенках резонатора равен т] = (1--) tL rjL, где jj± так называемый

Qom орбитальный" (или "поперечный" КПД, равный отношению энергии, излученной электронами к начальной величине орбитальной энергии) и tL -фактор, характеризующего отношение начальной орбитальной энергии к полной энергии электронов.

Орбитальный КПД r\L принимает максимальные значения при оптимальных значениях расстройки циклотронного резонанса, тока пучка и длине резонатора. Maximum maximorum орбитального КПД может быть весьма близок к 1 [41], для чего необходимо, чтобы разброс компонент скоростей электронов отсутствовал, а продольные распределения ВЧ и статического магнитного поля в резонаторе имели определенный, достаточно сложный характер. В однородном магнитостатическом поле и резонаторе простейшего профиля с цилиндрическим рабочим участком расчетный максимальный орбитальный КПД составляет около 70% [42]. g2 vx

Коэффициент t1 = --7, где g = — отношение поперечной скорости электронов к их продольной (относительно магнитного поля) скорости, тем ближе к 1, чем меньше начальная энергия поступательного движения частиц. Однако, величина va 0 ограничена снизу из-за разброса скоростей электронов

39], и к тому же ее чрезмерное уменьшение приводит к ограничению тока из-за провисания потенциала. Разброс скоростей электронов обусловлен рядом причин, среди которых наиболее важны неоднородности электрических и магнитных полей на катоде, шероховатость его поверхности и эффекты, связанные с пространственным зарядом электронного пучка. Разброс скоростей электронов приводит к тому, что с увеличением g большее число электронов, имеющих максимальные вращательные скорости отражается от магнитной пробки и запирается в ловушке между пробкой и катодом. В этой области они могут накапливаться и вызывать некоторые виды неустойчивостей электронного потока, приводящие к снижению КПД или даже срыву генерации гиротрона [40]. Разброс скоростей электронов является основной причиной, по которой величина tL находится в интервале 0.6-0.7, вследствие чего выходной КПД гиротронов составляет 40-45% [43,44], вместо 50-60%, теоретически возможных при моноскоростном пучке. С укорочением длины волны КПД гиротронов снижается из-за увеличения разброса скоростей электронов и ВЧ омических потерь в резонаторе.

На величину скоростного разброса существенно влияет однородность электронного пучка [45-47]. Катоды гиротронов работают в режиме температурного ограничения тока эмиссии (не ограничения тока пространственным зарядом пучка как в большинстве электронных приборов), вследствие чего локальная плотность тока эмиссии зависит от состояния эмиттера и, в принципе, от времени [48,49]. Задачей данной работы было исследование зависимости параметров электронного пучка от состояния эмиттера.

КПД гиротрона, как и других электронных приборов, может быть повышен путем рекуперации - отбора части остаточной энергии электростатическим тормозящим полем коллектора. [50]. Известно значительное число работ по рекуперации, в которых был реализован КПД более 50% [51-63]. Простейшая схема рекуперации может быть реализована в лампе с изолированным коллектором, на который подается напряжение тормозящее электронный пучок. Величина напряжения на коллекторе определяется минимальной остаточной энергией электронов, поскольку при превышении этого значения часть электронов отражается обратно в резонатор, ухудшая условия взаимодействия электронов с ВЧ-полем и снижая тем самым орбитальный КПД. Расчетные функции распределения электронов по энергии после взаимодействия с ВЧ-полем для некоторых режимов подтверждают отсутствие в пучке электронов с энергиями ниже 30% их начальной энергии, и, таким образом, эта часть энергии может быть возвращена в источник питания путем соответствующего снижения потенциала коллектора. Одновременно с повышением КПД происходит и снижение тепловой нагрузки на коллектор. Одно из направлений данной работы состояло в экспериментальном изучении энергетического спектра электронов в различных режимах и гиротрона с рекуперацией.

Кроме рассмотренных выше причин, снижение орбитального КПД электронов возможно и из-за энергетического разброса частиц на входе в пространство взаимодействия. При этом вследствие релятивистской еНс зависимости частоты вращения электронов сон = —— от их энергии Е ухудшается группировка электронов в тормозящей фазе ВЧ-поля. Исследование энергетических спектров электронного потока до взаимодействия с ВЧ-полем позволяет уточнить значение КПД, реализуемое при типичных значениях энергетического разброса.

Наряду с работами по повышению выходной мощности и КПД продолжаются исследования направленные на уменьшение длины волны излучения. Как известно, реальные возможности уменьшения длины волны в гиротронах ограничены возможностями создания сильных магнитных полей в достаточно больших объёмах. Наиболее высокая напряженность магнитного поля в неразрушаемых импульсных соленоидах составляет несколько десятков тесла, что позволяет получить длины волн 0.3-0.4 мм [65]. По сравнению с гиротронами на основном гирорезонансе гиротроны на гармониках гирочастоты п =2,3,4. привлекательны тем, что для получения той же длины волны требуются в п раз меньшие магнитные поля. Однако, на гармониках гирочастоты обеспечить селективность резонатора сложнее, из-за возможности возбуждения колебаний на низших гармониках [66,67]. Естественно, что и в этом случае, наибольшие выходные мощности могут быть реализованы при работе на высоких модах в резонаторах большого диаметра. В данной работе экспериментально исследовалась возможность возбуждения высоких мод в гиротроне на второй гармонике гирочастоты.

Таким образом, целью диссертационной работы является

1. Изучение процессов в многомодовых гиротронах с развитым пространством взаимодействия, нахождение условий устойчивой одномодовой генерации с высоким КПД.

2. Разработка методов диагностики и исследование качества эмиттеров гиротронов и эволюции их параметров во времени.

3. Разработка методов диагностики и исследование электронного пучка, формируемого электронно-оптической системой гиротронов.

4. Экспериментальное исследование высокоэффективных гиротронов с рекуперацией энергии

5. Экспериментальное исследование гиротронов с развитым пространством взаимодействия на гармониках гирочастоты.

Научная новизна.

1. Предложена и опробована методика численного моделирования переходных процессов в гиротроне на фронте импульса ускоряющего напряжения.

2. Теоретически получены бифуркационные значения перехода к автомодуляционным и стохастическим колебаниям в гиротронах с отражением части выходного излучения от неоднородностей электродинамического тракта.

3. Применительно к гиротронам опробована методика анализа качества катодов по их ВАХ и установлена связь эффективной эмиссионной неоднородности катода с параметрами электронного пучка.

4. Экспериментально исследован энергетический спектр электронов в гиротроне

5. Экспериментально исследован гиротрон с одноступенчатой рекуперацией энергии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Объем диссертации составляет 170 страниц, включая 99 страниц основного текста, размещенные на 57 страницах 80 рисунков, и 14 страниц списка литературы, который состоит из 175 наименований.

Заключение диссертации по теме «Физическая электроника», Глявин, Михаил Юрьевич

3.1.4 Выводы. В результате проведенных работ можно сделать следующие выводы:

- схема с одноступенчатой рекуперацией позволяет достаточно просто и эффективно повысить КПД гиротрона, в том числе и при высоком исходном КПД,

- экспериментально получены рекордные значения полного КПД гиротрона с одноступенчатой рекуперацией 65% в режиме коротких импульсов и 53% в режиме длинных импульсов при уровне выходной мощности около 1 МВт.

- как показывают теоретические оценки ( см., например, [50,59,158]) дальнейшее увеличение КПД и решение проблемы отраженных электронов возможно при реализации многоступенчатых схем с разделением электронного потока на энергетические фракции.

3.2 ВОЗБУЖДЕНИЕ ВЫСШИХ МОД В ГИРОТРОНАХ, РАБОТАЮЩИХ

НА ГАРМОНИКАХ ЦИКЛОТРОННОЙ ЧАСТОТЫ

3.2.1 Постановка задачи. Как известно, основным препятствием для освоения гиротронами диапазона субмиллиметровых волн является отсутствие магнитных систем, способных создавать в достаточно больших объемах стационарные поля с индукцией в несколько десятков тесла. Вообще говоря, такие магнитные поля могут быть получены с помощью импульсных соленоидов, что позволяет разрабатывать импульсные гиротроны субмиллиметрового диапазона [65]. Тем не менее для освоения субмиллиметрового диапазона гиротронами, способными работать в режиме непрерывной генерации, наиболее реальным выходом является возбуждение ВЧ- колебаний, резонансных с высшими гармониками циклотронной частоты электронов: согласно условию циклотронного резонанса со « псон , при ограниченной максимальным значением магнитного поля циклотронной частоте электронов сон частота со, которая может быть достигнута в гиротронах, растет пропорционально номеру резонансной гармоники п.

В принципе, укорочению длины волны сопутствует уменьшение размеров пространства взаимодействия, сопровождающееся резким падением мощности СВЧ-излучения, обострением проблемы юстировки элементов лампы и т.п. Чтобы избежать падения мощности ( или хотя бы ослабить его ), укорочение длины волны должно сопровождаться переходом к работе на более высоких типах колебаний, т.е. к созданию систем с развитым пространством взаимодействия. В таких системах растет плотность спектра собственных частот мод, что как известно ( см., например, [159] ), обостряет проблему селективного возбуждения рабочего типа колебаний в условиях резонансного взаимодействия электронов с большим числом мод одновременно. Особенно остро эта проблема стоит перед гиротронами, работающими на гармониках сон, поскольку в таких гиротронах в условиях циклотронного резонанса может возбуждаться либо паразитная мода на близкой к критической частоте, либо - при значительном разносе критических частот со^ - па>^р » я/Т (Т- время пролета электронов через резонатор) - встречная волна на основном циклотронном резонансе сопар + « сон (К, - продольное волновое число, ^ - продольная скорость электронов). Возможность самовозбуждения таких паразитных мод может быть обусловлена как различием в эффективных импедансах связи электронов с ВЧ-полями на разных гармониках сои [1], особенно заметным при малых рабочих напряжениях, так и различием в инкрементах нарастания неустойчивостей на разных гармониках [160].

Основные соображения, связанные с возбуждением мод на гармониках <х>и, и результаты экспериментов с гиротронами на гармониках (в этих экспериментах отношение диаметра резонатора к длине волны В/ Я не превышало четырех) были описаны в работе [161]. Целью настоящей работы являлось изучение возможностей создания гиротронов на гармониках сон с более развитым пространством взаимодействия.

3.2.2 Общие соображения. Анализ спектра критических частот ТЕ - мод (Н - мод) круглого цилиндрического волновода показывает, что при работе на второй гармонике а)н наиболее далеко по спектру можно продвинуться, сохраняя приемлемым разнос между частотами рабочей и паразитной мод ( см. приведенную выше оценку со'^6 - 2), если выбирать в качестве рабочих такие моды, как ТЕ65,ТЕ%5 [162,163]. Участки спектра критических частот в окрестности этих мод приведены на рис.3.5, где собственные числа утР ~ К/с ( К- радиус резонатора) определяются граничными условием на стенке резонатора - О .Сплошными линиями показаны моды, резонансные со второй гармоникой сон, штриховыми- моды, возбуждающиеся на основном циклотронном резонансе (их положение на рис.3.5 соответствует 2V ). Амплитуды изображенных на рис.3.5 отрезков характеризуют импедансы связи

I2 { — т±п ^ ^ электронов с полями мод [1]: п = -г—--г. На рис.3.5 индекс 1 у фактора вщр соответствует п=1, индекс 2- п=2. При расчете величин Ст р радиус центров циклотронного вращения электронов тонкого трубчатого пучка Я0 принят г г соответствующим максимуму функции Зтп рабочей моды К 4 • 6,5 п II

V V К;;

- для моды

TE65,Jь[vS5—jj-j- для моды ТЕ % 5) при условии, что возбуждается волна, вращающаяся по азимуту в том же направлении, что и электроны в магнитном поле. Ввиду того что из-за различий в мультипольном характере взаимодействия электронов с ВЧ-полем в условиях резонанса с разными гармониками сон стартовые токи н

2,5 Н 2

Н,5 ^

19 н.

0,6

0,5

20

Г5'2 н, ,!н

3.6

1,7

6,1

2.1 Н Н

6,5 Н

41

22

23 V т,п

Рис.3.5а. Участки спектра критических частот ТЕ - мод круглого волновода в окрестности моды 7Е,. , ъ

22 И Н

Нп Н

0,7

7,5

23 н н

5'в Н3,7 Н.,8

8,5

24

25 Н н

7,2

26 -О

Рис.3.5б. Участки спектра критических частот ТЕ - мод круглого волновода в окрестности моды ТЕ% 5.

Рис.3.6. Зависимость стартовых токов моды ТЕг 5 и конкурирующих мод от магнитного поля обратно пропорциональны [1] (/3± = ух/С - отношение поперечной скорости электронов к скорости света), на рис.3.5 импедансы связи мод, резонансных с 2сон, даны домноженными на Д2, что позволяет непосредственно по данным рис.3.5 оценивать отношение стартовых токов конкурирующих мод ( при построении рис.3.5 величина принята равной 0,045, что соответствует описанным ниже условиям эксперимента).

Зависимость стартовых токов моды ТЕН 5 и соседних с ней мод от величины статического магнитного поля В приведена на рис.3.6. Рис.3.6 соответствует напряжению 20 кВ, имевшему место в эксперименте, где и анод и резонатор находились под одним напряжением. Эти зависимости рассчитаны в предположении, что продольная структура ВЧ- поля резонатора является фиксированной и описывается гауссовой функцией /{!) = ехр I где Ь - длина регулярного участка резонатора. При расчете использованы выражения для стартовых токов, приведенные в статье [42]; дифракционная добротность резонатора принята равной 0,диф = 25(¿/я) Я т л т~ й

164], омическая добротность <20М = — 1 - — (где с1« —,/— - толщина скин-слоя

1 АС к V а

V V с учетом шероховатости поверхности резонатора, имеющего проводимость а). Значения радиуса резонатора Я, длины регулярного участка резонатора Ь и длины волны излучения X взяты соответствующими данным эксперимента: 11=4,18 мм, Ь=18 мм, Я = 1,08 мм; при этом <2диф = 7 х 103, ()ом = 15,2 х 103. Пунктирная линия, примыкающая к зоне самовозбуждения моды ТЕ] 4, соответствует границе самовозбуждения встречной волны ТЕХ 4, которая оценивалась по формулам работы [165].

На рис.3.7 изображена рассчитанная более детально зона генерации моды ТЕ% 5 при напряжении 20 кВ: сплошными линиями изображены кривые равных значений поперечного электронного КПД т]±, пунктиром - зона самовозбуждения, штрихпунктиром - срыв генерации на границе жесткого самовозбуждения, линией со штриховкой - зона возбуждения встречной волны ТЕ] 4. Из приведенных на рис.3.7 результатов расчетов следует, что возбуждение моды ТЕ%5 возможно лишь при токах

• 52 Н,кЭ

Рис.3.7. Зона генерации моды ТЕ, примерно до 2,5 А, что, однако, позволяет получить поперечный КПД до 30%. При более высоких токах, близких к оптимальным по КПД, имеет место самовозбуждение встречной волны Г£14, что, по-видимому, и наблюдалось в эксперименте [162], проводившемся при токе 9 А.

3.2.3 Результаты экспериментов. Гиротрон был рассчитан на работу в режиме непрерывной генерации. Предусматривалась возможность раздельной подачи напряжения на анод и резонатор лампы. Стабилизированное напряжение катод-анод (пульсации -0,1%) не превышало 6 кВ, напряжение катод-резонатор (пульсации ~4 х 103% ) не превышало 20 кВ. Ток пучка не превышал 1 А при пульсациях питания в цепи накала не более 15%. Питание сверхпроводящего соленоида осуществлялось от источника, имеющего долговременную нестабильность ~ 0,01%.

Результаты экспериментов, в которых измерялась зависимость непрерывной выходной мощности гиротрона от магнитного поля в окрестности моды Я8 5 представлены на рис.3.8. На рис.3.9 представлена такая же зависимость, снятая в импульсном режиме работы при напряжении 30 кВ {иа = ир) и токе 4 А. Приведенная на этом рисунке идентификация моды ТЕг ъ дана на основе анализа спектра критических частот рис.3.5. Справа находится мода ТЕЛ 3,которая ,по-видимому, возбуждалась как с одной, так и с двумя продольными вариациями. В последнем случае возбуждение могло иметь место в условиях синхронизма как с попутной, так и со встречной компонентами ВЧ- поля, чему на рис.3.9 соответствуют зоны генерации, расположенные слева и справа от зоны максимальной мощности.

Аналогичная рис.3.8 зависимость непрерывной выходной мощности гиротрона от магнитного поля в окрестности моды ТЕ65, приведена на рис.3.10, где также идентификация мод дана в соответствии с рис.3.5. Мощность излучения паразитных мод, резонансных с сон, составляла 5-6 кВт. Г рафик зависимость выходной мощности и КПД моды ТЕ6 5 от тока пучка при анодном напряжении 5,ЗкВ и резонаторном напряжении 18 кВ представлены на рис. 3.11, из которого видно, что максимальный уровень мощности 0,9кВт был достигнут при выходном КПД~5%. Относительно низкий выходной КПД объясняется тем, что при данных значениях напряжения и тока пучка генератор находится в "слабо надпороговом" режиме. Ток пучка

Рис.3.9. Зависимость выходной СВЧ-мощности гиротрона от магнитного поля в окрестности моды ТЕЯ 5. в импульсном режиме генерации

Рис.3.10. Зависимость выходной СВЧ-мощности гиротрона от магнитного поля в окрестности моды ТЕ

Рис.3.11. Зависимость выходной мощности Р и КПД гиротрона с рабочей модой

ТЕ6 5 от тока пучка превышал стартовый в 3-4 раза, в то время как оптимальный по КПД ток, согласно [42], должен быть примерно на порядок больше.

2л К/

Длины волн излучения Л^ = / , возбуждавшегося в окрестности моды

ТЕ65, измеренные при помощи резонансного волномера [166], находятся в хорошем соответствии с представленным на рис.3.5 участком спектра критических частот. Рассчитанные по формуле критические длины волн и измеренные в эксперименте длины волн приведены в таблице 3.3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные теоретические и экспериментальные результаты, существенные для анализа процессов в мощных высокоэффективных коротковолновых гиротронах.

1. Развиты методы численного анализа процессов взаимодействия мод в режиме включения гиротронов с рабочими модами высокого порядка. При большой плотности спектра конкурирующих мод определены условия селективного возбуждения рабочей моды с высоким КПД.

2. При наличии отражений с запаздыванием от элементов электродинамической системы оценены пороги установления автомодуляционных и стохастических режимов в гиротронах. Результаты позволяют выработать требования к согласованию элементов передающего тракта, обеспечивающему стационарную генерацию с высоким КПД.

3. Реализована система автоматизированного измерения вольт-амперных характеристик гиротрона. Методом анализа вольт-амперной характеристики проведена диагностика однородности эмиссии катодов. Продемонстрирована зависимость параметров электронного пучка от эмиссионной неоднородности катода.

4. Экспериментально получены энергетические спектры электронов в различных сечениях гиротрона. Показано, что даже в отсутствие СВЧ генерации разброс энергии, обусловленный эффектами пространственного заряда, может достигать нескольких процентов. Для ряда гиротронов коротковолновой части миллиметрового диапазона подтверждено экспериментально, что в режиме с максимальным КПД в пучке отсутствуют электроны с энергией меньшей, чем 30% их первичной энергии, что позволяет существенно повысить КПД в гиротронах с рекуперацией энергии.

5. В гиротроне с одноступенчатой рекуперацией энергии электронного пучка экспериментально получен рекордный КПД 65% при уровне выходной мощности около 1 МВт на частоте 1(0 ГГц в режиме коротких (100 мкс) импульсов.

6. Экспериментально исследован гиротрон на частоте 250 ГГц с развитым пространством взаимодействия на второй гармонике гирочастоты. Проведенные эксперименты продемонстрировали возможность селективного возбуждения на второй гармонике циклотронной частоты таких высоких мод, как ТЕ65,ТЕ%5. Достигнутые уровни мощности в непрерывном и импульсном режимах и достаточно узкая ширина линии излучения делают перспективным использование таких гиротронов в качестве источников зондирующего излучения для диагностики плотной плазмы.

Результаты дисертационной работы могут быть использованы для разработки и диагностики мощных гиротронов. В частности, они применялись при разработке гиротронов по программе ITER и гиротронов для высокотемпературной микроволновой обработки материалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Глявин, Михаил Юрьевич, 1999 год

1..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. 10, № 9-10, с.1414

2. Гапонов А.В., Петелин М.И. Мазеры на циклотронном резонансе В кн. Наука и человечество, М., Знание, 1980, с.283

3. Twiss R.G. Radiation transfer and the possbility of negative absorption in radio astronomy. Austr. J. Of Phys., 1958, v.l 1, № 4, p.567

4. Pantell R.H. Backward-wave oscillations in an unload waveguide. In Proc. IRE, 1959, v.47, № 6, p.l 146

5. Schneider I. Stimulated emission of radiation by relativistic electrons in a magnetic field. Phys. Rev. Lett. 1959, v.2, № 12, p.504

6. Flyagin V.A., Gaponov A.V., Petelin M.I., Yulpatov V.K. The gyrotron. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 1977, v.MTT-25,№ 6, p. 514

7. Hirshfield J.L., Granatstein V.L. The electron cyclotron maser an historical survey. IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 1977, v.MTT-25,№ 6, p. 522

8. Andronov A.A., Flyagin V.A., Gaponov A.V., Goldenberg A.L, Petelin M.I., Usov V.G., Yulpatov V.K. The gyrotron: high-power source of millimeter and submillimeter waves. Infrared Phys., 1978, v.l8, № 6, p.385

9. Gaponov A.V., Flyagin V.A., Goldenberg A.L., Nusinovich G.S., Tzimring Sh.E., Usov V.G., Vlasov S.N. Powerful millimeterwave gyrotrons Int. J. Electronics, 1981, v.51, № 4, p. 277

10. Ю.Гольденберг А. Л., Нусинович Г.С. Мощные коротковолновые гиротроны, Итоги науки и техники. Сер. Электроника, М., 1985 , т.17 , с.З1. .Flyagin V.A., Nusinovich G.S. Gyrotron oscillators. Proc. IEEE, 1988, v.76, № 6, p.644

11. Goldenberg A.L., Litvak A.G. Recent progress of high-power millimeter wavelength gyrodevices. Phys. Plasmas , 1995, v.2, № 6, p.2562

12. Гольденберг А.Л., Денисов Г.Г., Запевалов B.E., Литвак А.Г., Флягин В.А. Мазеры на циклотронном резонансе: состояние и проблемы. Изв. вузов. Радиофизика, 1996, т.39, № 6, с.635

13. M.Thumm. State of the art of high power gyro devices and free electron masers update 1996., FZKA 5877, Karlsruhe, 1997

14. Applications of High Power Microwaves. Eds. A.V. Gaponov-Grekhhov and V.L. Granatstein. Artech House Microwave Library, Boston, London, 1994.

15. Gyrotron oscillators. Their principles and practice. Ed. C.J.Edgcombe. Taylor and Francis, London, Bristol. 1993

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

17. Гольденберг А. Л., Панкратова Т.Е. Адиабатическая теория электронных пушек МЦР. Электронная техника, Электроника СВЧ, 1971, № 9, с.81

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

19. Гинзбург Н.С. и др. Экспериментальное исследование МЦР с релятивистским сильноточным электронным пучком. ЖТФ, 1979, т.49, № 2, с.378

20. Релятивистская высокочастотная электроника, Ред. А.В.Гапонов-Грехов, Горький, ИПФ АН СССР, 1979

21. Физика микроволн, сборник отчетов по научным проектам МНТП России "Физика микроволн", Н.Новгород, 1996, т.1

22. Власов С.Н. и др. Открытые резонаторы в виде волноводов переменного сечения. Изв. вузов. Радиофизика, 1969, т. 12, № 8, с. 1236

23. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн., М., Наука, 1984 432 с.

24. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний, М., Физматгиз, 1959 912 с.

25. Электронные приборы со скрещенными полями, Изд. Иностранной литературы, М., 1961

26. Нусинович Г.С. Способы подачи напряжений на импульсный гиромонотрон, обеспечивающие высокий КПД в режиме одномодовой генерации. Электронная техника, Электроника СВЧ, 1974, № 3, с.44

27. Ергаков B.C., Моисеев М.А., Хижняк В.И. К теории синхронизации МЦР-монотрона, Радиотехника и электроника, 1978, т.23, № 12, с.2591

28. Нусинович Г.С. К теории синхронизации многомодовых электронных СВЧ-генераторов. Изв. вузов. Радиофизика, 1975, т.18, № 11, с.1689

29. Нусинович Г.С., Павельев А.Б. Конкуренция мод в гиротроне с нефиксированной продольной структурой ВЧ-поля. Препринт ИПФ АН ССР, Горький 1988, № 196

30. ЗЗ.Запевалов В.Е., Цимринг Ш.Е. Конкуренция мод в гиротронах на второй гармонике циклотронной частоты, В кн.: Лекции по электронике СВЧ. Кн. 1, Саратов, СГУ, 1978, с.66

31. Мазеры на циклотронном резонансе. Тематический указатель литературы, Ред. М.И.Петелин, Горький, 1988

32. Nusinovich G.S. Mode interaction in gyrotrons. Int. J. Electronics, 1981, v.51, № 4, p. 457

33. D.Whaley, M.Tran, T.Tran, T.Antonsen. Mode competition and startup in cylindrical cavity gyrotrons using high-order operating modes. Proceedings 5th Special Issue on High Power Microwave of the IEEE Transactions on Plasma Science., 1993, № 11,48

34. Ковалев Н.Ф., Петелин М.И. Селекция мод в высокочастотных релятивистских электронных генераторах с распределенным взаимодействием. В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника. Горький, ИПФ АН СССР, 1981, с.62

35. Петелин М.И. Электронная селекция мод в гиротроне. В кн.: Гиротрон, Горький, 1981, с.77

36. Гольденберг А.Л., Лыгин В.К., Мануйлов В.Н., Петелин М.И., Цимринг Ш.Е. Адиабатическая теория и траекторный анализ пушек гиротронов, В кн.: Гиротрон, Горький, 1981, с.86

37. Sh.E.Tzimring, V.E.Zapevalov. Experimental study of intense helical electron beams with trapped electrons. Int. J. Electronics, 1996, v.81, № 2, p.199

38. Кураев А. А. СВЧ приборы с периодическими электронными потоками, Минск, Наука и техника, 1971.

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

40. Ергаков B.C., Моисеев М.А. Влияние разброса скоростей электронов на стартовый ток и коэффициент полезного действия гиротрона. В кн.: Гиротрон, Горький, 1981, с.53

41. Ергаков B.C., Моисеев М.А., Эрм Р.Э. Влияние разброса скоростей электронов на характеристики гиротрона. Электронная техника, Электроника СВЧ, 1980, № 3, с.20

42. Отчет по НИР "Исследование характеристик эмиттера и формируемого им электронного потока в электронно-оптической системе гиротронного типа", Ленинград, ЛГТУ, 1990

43. Отчет по НИР "Исследование неоднордностей кольцевых термоэмиттеров магнетронно-инжекторных пушек", Ленинград, ЛГТУ, 1991

44. Отчет по НИР "Исследование неоднородностей катодов магнетронно-инжекторных пушек и воздействия эмиссионных неоднородностей на характеристики формируемого электронного пучка", Санкт-Петербург, СПбТУ, 1993

45. T.Grant. Effective Workfunction Distributions Derived From Miram Curves. Cathode Workshop, 1986.

46. T.Grant. Emission degradation characteristics of coated dispenser cathodes, Cathode Workshop, 1984, p.700

47. Бородачева T.B., Гольденберг А.Л., Мануйлов B.H. О рекуперации в гиротроне. В кн.: Гиротрон, Горький, 1989, с.161

48. К.Sakamoto, V.Tsuneoka, A.Kasugai et al. Development of high power gyrotron for ECH of tokamak plasma. Conf. Digest 17th Int. Conf. On Infared and Millimeter Waves, Pasadena, 1992, p. 188

49. K.Sakamoto, V.Tsuneoka, A.Kasugai et al. Proceedings 2nd Int. Workshop on Strong Microwaves in Plasmas, Moscow N.Novgorod, 1993, Vol.2, p.601.

50. K.Sakamoto, V.Tsimeoka, A.Kasugai et al. Major improvement of gyrotron efficiency with beam energy recovery. Phys. Rev. Lett., 1994, vol. 73, N 26, p.3535

51. K.Sakamoto, V.Tsuneoka, A.Kasugai et al. Development of 110 GHz CPD gyrotron. Conf. Digest 19th Int. Conf. On Infrared and Millimeter Waves, Sendai, 1994, p. 63

52. K.Sakamoto, V.Tsuneoka, A.Kasugai et al. Development of high power gyrotron with energy recovery system, Fusion Eng. Des. 30 (1995)

53. M.Thumm. State-of-the-Art of High Power Gyro-Devices and Free Electron Masers 1995, KfK, ISSN 0947-8620

54. E.Borie, G.Dammertz, M.Thumm et al. Development of advanced highpower 140 GHz gyrotrons for fusion plasma application. Fusion Eng. Des. 30 (1995)

55. E.Borie, G.Dammertz, M.Thumm et al. Experimental results and numerical simulations of high-power 140 GHz gyrotron, 1994, IEEE Trans. Plasma Science, 22, p.861.

56. M.Thumm. Advanced electron cyclotron Heating systems for next-step fusion experiments. Fusion Eng. Des. 30 (1995), p. 139

57. E.Borie, G.Dammertz, M.Thumm et al. Development of advanced highpower 140 GHz gyrotrons at KfK. Digest 19th Int. Conf. On Infrared and Millimeter Waves, Sendai, 1994, p.57

58. B.Piosczyk, C.Latrou, G.Dammertz, M.Thumm. Single-Stage Depressed Collectors for Gyrotrons. 1996, IEEE Trans. Plasma Science, 24, p.579.

59. T.Hargreaves, A.Fliflet, RFiscer, M.Barsanti. Depressed collector performance on the NRL quasi-optical gyrotron. Digest 15th Int. Conf. On Infrared and Millimeter Waves, Orlando, 1990, p. 57

60. M.Read, W.Lawson, A.Dudas, A.Singh. Depressed collectors for high power gyrotrons. IEEE Trans. Electron Devices, 1990, 37, p. 1579

61. S.Y. Cai, T.M.Antonsen, Jr.G.Saraph, B.Levush Multifreguency theory of high power gyrotron oscillators. Int. J. Electronics, 1992, v.72, № 5-6, p.759

62. Глявин М.Ю., Исследование энергетического спектра электронных потоков в гирорезонансных генераторах мощного микроволнового излучения Молодые ученые академии наук. Сборник тезисов научных проектов. М., 1998, с.10

63. Глявин М.Ю., Гуртовник A.A., Нусинович Г.С., Панкратова Т.Е. Возбуждение высших мод в гиротронах, работающих на гармониках циклотронной частоты. В кн. Гиротрон, Горький, 1989, с.73

64. Глявин М.Ю. Влияние нестабильности напряжения на КПД и устойчивость автоколебаний в гиротронах, Электронная техника, Электроника СВЧ, 1990, 3(427), с.З

65. Глявин М.Ю., Нусинович Г.С. Устойчивость одномодовых колебаний в гиротроне с синхронным взаимодействием мод. Тезисы докладов 10 Всесоюзного семинара "Волновые и колебательные явления в приборах О-типа", Ленинград, 1990, с.72

66. Глявин М.Ю., Нусинович Г.С. Устойчивость одномодовых колебаний в гиротроне с синхронным взаимодействием мод Радиотехника и электроника, 1991, 3, с.512

67. Dumbrajs О., Glyavin М., Zapevalov V.E., Zavolsky N. Mode competitions in gyrotrons in presence of reflections., Physics of Plasmas, 1999, be printing

68. M.Glyavin. Mode interaction in powerful pulsed gyrotrons. Int. conf. of PhD, Nice, NPF3/P, 1995

69. Глявин М.Ю., Запевалов B.E., Численное моделирование переходных процессов в 170ГГц/1МВт гиротроне для ITER. Изв. вузов. Радиофизика, 1996, 39, р.1176

70. Glyavin M.Yu., Kuftin A.N., Venedictov N.P., Zapevalov V.E. "Experimental investigation of a HOGHz/lMW gyrotron with one-step depressed collector", Int. J. Infrared and Millimeter Waves, 1997, 11, p. 2129

71. Bratman V.L., Glyavin M.Yu., Goldenberg A.L., Savilov A.V., Venedictov N.P., Zapevalov V.E. "Measurement and interpretation of electron energy spectra in gyrotrons" Conference digest 22 Int. Conf. on IRMM Waves, Wintergreen, 1997, p. 186

72. Венедиктов Н.П., Глявин М.Ю., Запевалов B.E., Куфтин А.Н., Постникова А.С., Юлпатова М.В. Экспериментальное исследование эмиссионной неоднородности катодов гиротронов по вольт-амперным характеристикам. Изв. вузов. Радиофизика, 1997, 40, №4, с.506

73. Братман В.Л., Венедиктов Н.П., Глявин М.Ю., Гольденберг А.Л., Запевалов В.Е., Куфтин А.Н., Савилов А.В. Исследование энергетического спектра электронного пучка в гиротроне. Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ, Саратов, 1997, с. 14

74. Венедиктов Н.П., Глявин М.Ю., Запевалов В.Е., Куфтин А.Н. Высокоэффективный гиротрон с рекуперацией энергии. Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ, Саратов, 1997, с. 16

75. Глявин М.Ю., Запевалов В.Е. Влияние отраженного сигнала на режимы работы гиротрона. Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ, Саратов, 1997, с.21

76. Бб.Глявин М.Ю., Запевалов В.Е., Куфтин А.Н. Динамика установления колебаний в мощных импульсных гиротронах. Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ, Саратов, 1997, с.23

77. Глявин М.Ю., Запевалов В.Е. Влияние отражений на устойчивость автоколебаний в гиротронах. Изв. вузов. Радиофизика, 1998, 41, №10, с. 1348

78. Glyavin M.Yu. Zapevalov V.E. "Reflection influence on gyrotron operation regimes", Int. J. IRMM Waves, 1998, 19, 11, 1499

79. Глявин М.Ю., Запевалов В.Е. Куфтин А.Н. Конкуренция мод в нестационарных режимах мощных гиротронов. Изв. вузов. Радиофизика, 1998, 41, №6, с.803

80. Венедиктов Н.П., Глявин М.Ю., Запевалов В.Е., Куфтин А.Н. Экспериментальное исследование 110ГГц/1МВт гиротрона с одноступенчатой рекуперацией энергии. Изв. вузов. Радиофизика, 1998, 41, №5, с.670

81. M.Yu.Glyavin, A.L.Goldenberg, A.N.Kuftin, A.S.Postnikova, N.P.Venediktov, V.E.Zapevalov Experimental investigation of electron energy spectrum in gyrotrons" Abstracts of Int. Conf. BEAMS-98, Izrael, Haifa, 1998

82. Glyavin M.Yu., Kulygin M.L., Zapevalov V.E., Zavolsky N.A. Gyrotron complex operation at the presence of reflections, Book of Abstracts 11th International School on Microwave Electronics and Radiophisics (MER'99), Saratov, 1999

83. Братман B.JI., Глявин М.Ю., Гольденберг А.Л., Савилов A.B. Разброс начальной энергии электронов в гиротроне. ЖТФ, в печати

84. Венедиктов Н.П., Глявин М.Ю., Гольденберг А.Л., Запевалов В.Е., Куфтин А.Н., Моисеев М.А., Постникова A.C. Энергетический спектр электронов после взаимодействия с ВЧ полем гиротрона. ЖТФ, в печати

85. Glyavin M.Yu., Goldenberg A.L., Kuftin A.N., Zapevalov V.E. "Study of gyrotron electron beam systems", Special issue ШЕЕ, be printing

86. Глявин М.Ю., Запевалов В.Е., Кулыгин М.Л., Куфтин А.Н. и др., Влияние разброса скоростей электронов на выходные характеристики гиротрона. Сборник трудов 3 Сессии молодых ученых Нижегородской области, с.123

87. Глявин М.Ю., Запевалов В.Е., Кулыгин М.Л., Куфтин А.Н Учет реального распределения электронов по скоростям при расчете КПД гиротрона. Электронная техника, Электроника СВЧ, в печати

88. Бронпггейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., Наука, 1986.

89. Вайнштейн JI.A. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М., Сов. Радио, 1966, 24.

90. Нусинович Г.С. Изв. вузов. Радиофизика, 1985, 28, №10, с.1323

91. Авдошин Е.Г., Гольденберг A.JI. Экспериментальное исследование адиабатических электронных пушек МНР. Изв. ВУЗов, Радиофизика 1973, 16, 10, с. 1605

92. Antakov I.I., Zasypkin E.V., Sokolov E.V. Electron tuning of frequency in gyrotrons. Infrared and Millimeter Waves, 1993, V.14, N 5, 1001

93. Denisov G.G., Petelin M.I., Shmelyov M.Yu., Vinogradov D.V., Zapevalov V.E. Frequency-Tunable Gyrotron ITER-IL-HD-6-012, 1990

94. Гольденберг A.JI., Павельев А.Б., Хижняк В.И. Моделирование непрерывных мегаваттных гиротронов в условиях конкуренции мод в резонаторе. Гиротроны. Сборник научных трудов, г.Горький, 1989., с 20

95. Петелин М.И., Юлпатов В.К. Лекции по электронике СВЧ . Кн.4.-Саратов. 1974.

96. Bykov Yu.V., Eremeev A.G., Semenov V.E. Proceedings of the Int. Workshop Strong microwaves in plasmas. N.Novgorod, 1993, v.l, p.414

97. Myasnikov V.E., Denisov G.G., Zapevalov V.E. et al. Some test results and gyrotron design problems. Proceedings of the Russian-German Meeting on ECRH and Gyrotron., 1997, р.313

98. Гинзбург H.C., Кузнецов С.П. Периодические и стохастические автомодуляционные режимы в электронных генераторах с распределенным взаимодействием. Релятивистская высокочастотная электроника, Горький, ИПФ АН СССР, 1981, с. 101

99. Лыгин В.К., Мануйлов В.Н. Численное моделирование процессов установления в интенсивных винтовых пучках гиротронов. Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ, Саратов, 1997, с.35

100. 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

101. Волков В.Н., Ходневич С.П., Павлов А.С., Третьякова М.Г. Автоматизированная установка для измерения эмиссионных характеристик катодов. Электронная промышленность, 1984, №7, с.27

102. Ходневич С.П. Определение эмиссионной неоднородности поверхности реальных катодов по вольтамперным характеристикам Электронная техника, серия 1 Электроника СВЧ, 1969, №4, с. 118

103. S.J.Artyuch, A.N. Kuftin, A.S. Postnikova, V.E. Zapevalov. Numerical calculation and experimental study of magnetron-injection guns for powerful shortwave gyrotrons. Int. J. Electronics, vol.72, 1992, № 5-6, p. 1145

104. Пирс Дж. Теория и расчет электронных пучков, М., Сов. Радио, 1956.

105. Бронштейн И.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия М., Наука, 1969.

106. Черепнин В.Т., Васильев М.А. Методы и приборы для анализа поверхности материалов. Справочник. Киев, Наукова Думка, 1982.

107. Cattelino М., Miram G., Ayers W. A diagnostic technique for evaluation of cathode emission performance and defects in vehicle assembly. IEDM Technical Digest, 1-4

108. Miram G. Diagnostic techniques with a computer controlled beam analyzer, 1986, IEDM Technical Digest, 708-711

109. Miram G., Cattelino M. Gridded gun design considerations for pulse and CW applications, IEDM Technical Digest, 225-233

110. Братман В.Л. К вопросу о неустойчивости орбитального движения в слое электронов, вращающихся в однородном магнитостатическом поле. ЖТФ. 1976, т.46, вып. 10, с.2030

111. Nielsen С., Sessler A.M. Rev. Sci. Instrum., 1959, vol.30, № 2, p.80.

112. Коломенский A.A., Лебедев A.H. Атомная энергия, 1959, т.7, №6,с.549.

113. Братман В.Л., Петелин М.И. К вопросу об оптимизации параметров мощных гиромонотронов с нефиксированной структурой высокочастотного поля Изв. вузов. Радиофизика, 1975, т. 18, № 10, с. 1538.

114. Канавец В.И., Черепенин В.А. Нелинейные эффекты в поливинтовом потоке при кулоновском взаимодействии Радиотехника и электроника, 1975, т.20, № 12, с.2539.

115. Goldenberg A.L. Digest 19th Int. Conf. On Infrared and Millimeter Waves, Sendai, 1994, 349-350.

116. Венедиктов Н.П., Запевалов B.E., Куфтин A.H. Мощный высокоэффективный гиротрон 3-мм диапазона В: кн. Гиротроны, Горький, ИПФ АН СССР, 1989, с. 12.

117. Flyagin V.A., Kuftin A.N., Luchinin A.G., Nusinovich G.S., Pankratova T.B., Zapevalov V.E. Proc. Joint IAEA Tech. Committee Meeting on ECE and ECRH (EC-7 Joint Workshop), Hefei, P.R.China, p.355.

118. Братман В.Л., Савилов А.В. Неустойчивость отрицательной массы в слое электронов-осцилляторов: разбросы ведущих центров и скоростей частиц. ЖТФ, 1994, т.64, 6, с. 154.

119. Bratman V.L., Savilov A.V. "Phase mixing" of bunches and decrease of negative-mass instability increments in cyclotron resonance masers/ Phys. of Plasmas, 1995, 2, №2, p.557.

120. Savilov A.V. Negative-mass instability at nonsymmetrical perturbations Int. J. Infrared and Millimeter Waves, 1994, 15, № 11, p.l819.

121. Goldenberg A.L., Manuilov V.N.,Moiseev M.A., Zavolsky N.A. Energy spectra of electrons and depressed potential collector in gyrotrons. Int. J. Infrared and millimeter Waves, 1997, 18, № 1, p.43

122. Lygin V.K., Manuilov V.N. Numerical simulation of intence helical electron beams taking into account velocity distribution functions. ITG-Fachbericht, 132, 1995 , p. 197.

123. Kuftin A.N., Lygin V.K., Manuilov V.N., Postnicova A.S., Zapevalov V.E. Numerical simulation and experimental investigation helical electron beams of gyrotrons. ITG-Fachbericht, 132, 1995, p. 181.

124. Carmel Y et al. Realisation of a stable and highly efficient gyrotron for controlled fusion research. Phys. Rev. Lett., 1983, 50, № 2, p.l 12

125. Гапонов А.В., Гольденберг А.Л., Петелин М.И., Юлпатов В.К. Авторское свидетельство № 223931 "Прибор для генерации электромагнитных колебаний сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн".

126. Flyagin V.A., Goldenberg A.L., Zapevalov V.E. State of the art of gyrotron investigation in Russia. Proceedings of the Int. Workshop Strong microwaves in plasmas, N.Novgorod, 1993, p.597

127. Agapova M.V., Alikaev V.V., Kuftin A.N., Zapevalov V.E. et al. Longpulse 110GHz /1 MW gyrotron. Conf. Digest 20 Int. Conf. on Infrared and millimeter Waves, Orlando, 1995, p.205

128. Kuftin A.N., Lygin V.K., Postnikova A.S., Usov V.G., Zapevalov V.E. Experimental investigation ot the Prototype of the 170GHz/lMW Gyrotron for ITER. Proceedings of the 8 Joint Russian-German Meeting on ECRH and Gyrotrons, N.Novgorod, 1996

129. Антаков И.И., Запевалов В.Е., Панкратова Т.Б., Цимринг Ш.Е. Гиротроны на гармониках гирочастоты. В кн.: Гиротрон, Горький, ИПФ АН СССР, 1981. с. 192.

130. Spira S.E., Kreischer К.Е., Temkin RJ. Submillimeter gyrotron for space based radar. SPIE, 879, Sensing, Discrimination and signal processing / Superconducting materials and instrumentation, 1988, p.58

131. Панкратова Т.Б., Нусинович Г.С. Экспериментальное исследование диагностического гиротрона, ЖТФ, 1989, 59, 8, с.110

132. Власов С.Н., Жислин Г.М., Орлова И.М. и др. Открытые резонаторы в виде волноводов переменного сечения. Изв.вузов. Радиофизика. 1969, т. 12, № 8, с.1236

133. Антаков И.И., Засыгасин Е.В., Соколов Е.В. Самовозбуждение отрезка цилиндрического волновода с винтовым электронным пучком. Электронная техника, Электроника СВЧ, 1976, 9, с.31

134. Дрягин Ю.А., Паршин В.В. Квазиоптический волномер миллиметрового диапазона с прямым отсчетом частоты. ПТЭ, 1982, 8, с.55

135. Terumichi Y., Kubo S., Ando A. et al. Study of low frequency density fluctuations in the WT-2 tokamak by mm and submm wave scattering. Conf. Digest 9 Int. Conf. on Infrared and millimeter Waves, Takarazuka, Japan, 1984, p.411

136. Антаков И.И., Гинзбург В.А., Засыпкин B.E., Соколов Е.В. Экспериментальное исследование распределения электронов по скоростям в винтовом электронном потоке. Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1975, т. 18, № 8, с.1196

137. Thumm М. et al. Operation of an advanced, step-tunable 1MW gyrotron at frequencies between 118 GHz and 162GHz. Conf. Digest 20 Int. Conf. On Infrared and Millimeter Waves , Orlando, Florida, 1995, p. 199

138. Thumm M., Flyagin V., Zapevalov V. et al. Experimental rezults of 1.5 MW coaxial cavity gyrotrons in the frequency range 115-170 GHz. Proceedings of the 3 Int. Workshop on Strong Microwaves in Plasmas, N.Novgorod, 1996, Vol.2, p.614

139. Dumbrajs O., Pavelyev A. Insert misalignment in coaxial cavities and its influence on gyrotron operation. Int. J. Electronics, 1997, 82, 3, p.261

140. Dammertz G., Braz O., Kuntze M., Pioczyk В., Thumm M. "Influence of window reflections on gyrotron operation" Conf. Digest 22 Int. Conf. On Infrared and Millimeter Waves , Wintergreen, Virginia, 1997, p. 150

141. V.Zapevalov et al. Development of 1MW output level gyrotron for ITER. Proceedings of 9 Joint Russian-German Meeting on ECRH and Gyrotrons, 1997, p.l

142. S.Bogdanov, E.Solujanova et al. Development of long-pulsed ECRH gyrotrons in 1996-1997 Proceedings of 9 Joint Russian-German Meeting on ECRH and Gyrotrons, 1997, p.23

143. T.Antonsen, S.Sai, G.Nusinovich "Effect of window reflection on gyrotron operation". Phys. Fluids, 1992, v.4, 12, p.4131