Научный архив: статьи

Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование колебаний облака пространственного заряда в магнетронно‐инжекторной пушке мощного релятивистского гиротрона. Накопление заряда происходит в ходе магнитной компрессии электронного пучка в результате отражения части электронов с наибольшими поперечными скоростями от магнитного зеркала. Установлено, что при больших значениях коэффициента компрессии электронный пучок теряет устойчивость, что выражается в появлении модуляции тока пучка на частоте продольных колебаний электронного сгустка в адиабатической ловушке. Согласно численному моделированию, в этих условиях величина энергетического разброса в сформированном пучке достигает 4,6 %, что на порядок превышает разброс, вызванный провисанием потенциала пучка.

Изучено влияние неоднородности термоэлектронной эмиссии на качество винтовых электронных пучков, формируемых неадиабатическими электронно-оптическими системами (ЭОС) гиротронов с кольцевой щелью. Показано, что допустимая степень неоднородности плотности тока эмиссии не должна превышать 50 %. Рассмотрена возможность применения неадиабатических ЭОС для формирования двухлучевых электронных потоков, пригодных для использования в гиротронах с двухзеркальными резонаторами. Найдены оптимальные угловые размеры зон эмиссии парциальных пучков для получения приемлемых параметров ВЭП.

Разработана методика компьютерного моделирования трехмерных электронно-оптических систем (ЭОС) формирования винтовых электронных пучков (ВЭП) с неоднородным по азимуту распределением плотности тока эмиссии, предназначенных для использования в существующих и перспективных новых вариантах гиротронов. Методика позволяет впервые учесть влияние неоднородного распределения плотности тока эмиссии совместно с учетом тепловых скоростей электронов, шероховатостей эмитирующей поверхности и трехмерными возмущениями геометрии ЭОС. Алгоритм траекторного анализа основан на специальном задании стартовых условий для эмитируемых с катода частиц, последующем численном расчете электронных траекторий с помощью комплекса программ CST Studio Suite и далее специфической для систем формирования ВЭП методике расчета их параметров, пригодной для последующего расчета электрон-волнового взаимодействия и КПД прибора. Приведены результаты прямого численного моделирования систем с различными вариантами нарушений азимутальной симметрии плотности тока эмиссии.

Впервые разработана методика численного моделирования анализатора винтовых электронных пучков (ВЭП) гиротронов, работающего на принципе тормозящего электрического поля. Методика учитывает трехмерность распределения электрического поля и позволяет проводить анализ схем анализаторов с различной конфигурацией электродов в области торможения электронного пучка с целью определения погрешностей измерений питч-фактора, скоростного разброса и вида функции распределения по осцилляторным скоростям, вносимых за счет сложной трехмерной пространственной структуры тормозящего поля. Методика применима для расчета степени искажения функции распределения при различных входных функциях распределения по осцилляторным скоростям, реализующихся в системах формирования ВЭП с различными топологиями пучков (пограничный, ламинарный, регулярно пересекающийся, перемешанный).