Научный архив: статьи

В релятивистской СВЧ‐электронике существует проблема использования больших токов релятивистских электронных пучков (РЭП), т. е. удается использовать пучки с током меньшим, чем токи действующих сильноточных ускорителей. Показана возможность увеличения мощности генерируемого в плазменном релятивистском генераторе (ПРГ) СВЧ‐излучения за счет увеличения абсолютного значения тока. При токах пучка, близких к значению предельного вакуумного тока, эффективность СВЧ‐генерации уменьшается, поэтому рассмотрены схемы ПРГ с высоким значением предельного вакуумного тока, т. е. схемы с малым зазором между трубчатым РЭП и стенкой волновода. В работе рассмотрены результаты эксперимента и численного моделирования.

Лазеры, источники когерентного ультрафиолетового (УФ) и вакуумного УФ (ВУФ) излучения, плазмохимические реакторы, реакторы для очистки загрязненных газов и т. д. можно отнести к классу устройств, рабочей средой которых является плазма, образованная в результате взаимодействия сильноточного релятивистского электронного пучка (СРЭП) с газом. Эффективность этих устройств, объединенных под общим названием “системы инжекционной газовой электроники” (СИГЭ), в основном зависит от эффективности передачи энергии пучка газу (ng = Wg / Wb) и эффективности преобразования переданной газу энергии Wg в энергию конечного продукта Win (nin = Win / Wg). Рассмотрен экспериментальный стенд-лазер как частный случай СИГЭ, на котором предполагается реализовать новый эффективный способ накачки в целях оптимизации энерговклада ng и полезного выхода nin

Плазменный релятивистский генератор может работать в режиме генерации одиночного импульса СВЧ-излучения или частотно-периодическом режиме (до 50 импульсов в секунду, длительностью до 80 нс, мощность до 50 МВт с частотами излучения от 2 до 25 ГГц). Для получения и исследования режимов генерации в частотнопериодическом режиме необходима оперативная обработка получаемых временных рядов. Представлена методика анализа временного ряда за время между экспериментами серии, позволяющая найти требуемый режим работы устройства. Приведены примеры достигнутых в результате исследования режимов работы плазменного релятивистского СВЧ-генератора.

Впервые создан широкополосный плазменный релятивистский СВЧ-генератор на основе гладкого волновода, в котором электронный поток осаждается на стенки волновода, а плазменный волновод располагался внутри этого потока. Такая конфигурация позволяет легко охлаждать систему, что важно для частотно-периодического режима работы. В используемых ранее плазменных мазерах электронный поток распространялся внутри плазменного волновода и осаждался на внутренние детали конструкции. В результате они перегревались, появлялись дополнительные молекулы газа и плазма. При коротких импульсах и в режиме генерации однократных импульсов последствия перегрева существенно не влияли на работу системы. В случае же частотно-периодического режима это делает невозможной нормальную работу генератора. В традиционных плазменных мазерах отвод тепла является трудоемкой задачей, существенно усложняющей конструкцию и приводящей к снижению эффективности генерации. Целью настоящей работы было проверить работоспособность плазменного мазера, в котором электронный поток распространяется снаружи от плазмы и осаждается на стенки волновода. В работе продемонстрирована возможность электронной перестройки частоты излучения от импульса к импульсу в диапазоне 3–9 ГГц при мощности 20 МВт. Тем самым доказана возможность построения плазменного мазера с широкой перестройкой частоты излучения в периодическом режиме следования импульсов с большой частотой повторения. Данная работа является началом исследования возможности построения высокоэффективного широкополосного генератора, который сможет работать в частотном режиме длительное время.

Впервые экспериментально получен режим усиления шумов в плазменном мазере с инверсной геометрией. Показано, что введение СВЧ-поглотителя переводит режим работы мазера из генераторного в усилительный. В обоих режимах показана перестройка частоты излучения при изменении плотности плазмы. Данная работа является этапом по реализации плазменного релятивистского усилителя шума с коротким импульсом РЭП.