Гиротрон
Cтраница 2
Другой выход из создавшегося положения - это использование мазеров на циклотронном резонансе, которые в отличие от гиротрона работают на бегущих волнах, фазовая скорость которых близка к скорости света с. В этом случае отлична от нуля поперечная компонента магнитного поля волны, и высокочастотная сила Лоренца имеет продольную составляющую. В результате при энергообмене меняется не только осцилляторная, но и продольная скорости частиц. Можно показать, что в процессе энергообмена при этом автоматически поддерживается синхронизм между вращающимися электронами и электромагнитной волной ( циклотронный авторезонанс) за счет компенсации ухода циклотронной частоты доплеровским сдвигом, обусловленным изменением продольной скорости. [16]
США до 1974 г., когда в советском техническом журнале были опубликованы ошеломляющие результаты [49], достигнутые на гиротроне. На гиротроне в непрерывном режиме была получена мощность 12 кВт на длине волны 2 8 мм при КПД 31 % и 1 5 кВт на длине 0 9 мм при КПД 6 % [ 29, с. Именно этим ошеломляющим результатам соответствует, как мы уже указывали, одинокая точка с надписью Soviet gyrotron около нее. Пожалуй, именно эта публикация послужила пусковым механизмом последовавшего затем гиротронного бума на Западе. Во всех последующих обзорах, даже в весьма необъективных по отношению к советской СВЧ-электронике ( см., например, обзор [50]), признается приоритет горьковской группы в создании гиротрона от идеи до наиболее удачной конструкции. [17]
Эти итоги и были подведены в статье А.В. Гапонова-Грехова, М.И. Петелина и В.К. Юлпатова [31], в которой уже фигурировали главные элементы наиболее эффективного МЦР гиротрона. В этом же году группе горьковских радиофизиков И.И. Антакову, М.И. Петелину, В.А. Флягину, В.К. Юлпатову во главе с А.В. Гапоновым-Греховым была присуждена Государственная премия за теоретические и экспериментальные исследования индуцированного циклотронного излучения электронов, приведшие к созданию нового класса приборов - мазеров на циклотронном резонансе. С 1967 г. начинается и история гиротрона, когда была предложена его конструкция [39] и А.В. Гапонов-Грехов ввел сам термин. Любопытно в связи с этим замечание того же Дж. Необходимо подчеркнуть, что изобретение гиротрона результат программы, принятой в 50 - х годах Академией Наук СССР [40], официально одобрившей разработку мощных источников миллиметровых и субмиллиметровых волн. [18]
 |
Схема группировки в пениотроне. [19] |
Параметры волновода нетрудно выбрать так, чтобы в нем могла распространяться в интересующем диапазоне длин волн только одна рабочая мода, а следовательно, проблемы конкуренции мод, достаточно важной для гиротрона, не существует. [20]
США до 1974 г., когда в советском техническом журнале были опубликованы ошеломляющие результаты [49], достигнутые на гиротроне. На гиротроне в непрерывном режиме была получена мощность 12 кВт на длине волны 2 8 мм при КПД 31 % и 1 5 кВт на длине 0 9 мм при КПД 6 % [ 29, с. Именно этим ошеломляющим результатам соответствует, как мы уже указывали, одинокая точка с надписью Soviet gyrotron около нее. Пожалуй, именно эта публикация послужила пусковым механизмом последовавшего затем гиротронного бума на Западе. Во всех последующих обзорах, даже в весьма необъективных по отношению к советской СВЧ-электронике ( см., например, обзор [50]), признается приоритет горьковской группы в создании гиротрона от идеи до наиболее удачной конструкции. [21]
Первые предложения об использовании вынужденного циклотронного излучения для СВЧ-генера-ции были высказаны в 1959 независимо А. В. Ганоно-вым - Греховым, Дж. Pantell), а гиротрон был предложен и реализован в сер. [22]
Данные факторы играют разную роль на различных участках миллиметрового диапазона и при разных требованиях к энергетическим характеристикам прибора. Поэтому традиционно при проектировании гиротронов приходится отказываться от условия оптимума КПД и прибегать к компромиссным решениям. [23]
Что же представляет собой такой тип мазеров на циклотронном резонансе как гиротрон. На рис. 1.5 приведена схема гиротрона [42] генератора с открытым резонатором, пронизываемым электронным потоком с винтовыми траекториями. [24]
Наряду с гиротронами и гироприборами с бегущими волнами большой интерес вызывает и другой МЦР - пениотрон. Его конструкция отличается от конструкции гиротрона существенной неоднородностью высокочастотного поля. Тонкий полый цилиндрический электронный пучок движется в постоянном магнитном поле BQ, направленном вдоль оси волновода. Электроны пучка вращаются с циклотронной частотой шс по винтовым линиям, оси которых совпадают с осью симметрии поперечного сечения волновода. [25]
Число N собственных колебаний произвольного резонатора в некотором диапазоне длин волн Л определяется известным соотношением N - V / X3, где V - объем резонатора. Из условий (1.10), (1.11) понятно, что резонаторы гиротронов обладают плотным спектром. Если в полосу циклотронного резонанса попадают две или большее число мод, то возникающее их нелинейное взаимодействие, как правило, существенно ухудшает и эффективность гиротрона, и монохроматичность, и когерентность излучения. Отсюда следует необходимость селекции мод. [26]
В данной лекции уделим внимание применению открытых резонаторов в сверхвысокочастотной электронике. Открытые резонаторы применяются в целом ряде приборов вакуумной электроники: оротронах, гиротронах и различных вариантах лазеров на свободных электронах. Гиротронам и лазерам на свободных электронах будут посвящены отдельные лекции в следующем томе. В этой же лекции подробно будет рассмотрен оротрон - прибор типа О с открытым резонатором и отражающей решеткой, генерирующий излучение в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. [27]
Для описания динамики электрона в присутствии ВЧ-поля используем, как и в теории гиротрона, метод усреднения, который применим, когда изменение энергии электрона из-за взаимодействия с ВЧ-полем за время t - 2тг / и) с невелико. [28]
Полученная нами система укороченных уравнений достаточно сложна даже для численного ее решения. Поэтому обычно рассматриваются некоторые частные случаи, которые имеют важное значение для практической реализации гиротрона и понимания общих закономерностей в таких системах. Данный раздел посвящен рассмотрению аксиально-симметричного гиротрона в слаборелятивистском приближении. [29]
Липа Натанович Розенцвейг, узнав о проблеме УТС, в разговоре со мной заметил ( разговор относился к 1956 году): Вы занимаетесь не той плазмой. А еще, значительно позднее, после создания мощных генераторов сантиметрового и миллиметрового диапазона - гиротронов ( Горький, НИРФИ - Горьковский университет - ИПФ РАН), электронный циклотронный резонанс стал одним из основных методов создания высокотемпературной плазмы в токамаках и стеллараторах. [30]
Страницы: 1 2 3 4