УДК 537.862

Динамика ленточного электронного потока в циклотронном преобразователе энергии

 

Д. А. Михеев, В. Л. Саввин, Р. В. Егоров, К. Т. Ч. Ву

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, 119991, ГСП-1, Москва, ул. Ленинские горы, д. 1, стр.2

 

Статья поступила в редакцию 28 марта 2018 г.

 

Аннотация. Изучается формирование и транспортировка ленточного электронного потока с потенциалом 20 кВ и током 2,5 А в циклотронном преобразователе энергии. Показано, что эффективность преобразования подводимой к преобразователю СВЧ мощности в мощность постоянного тока может превысить 75%. При этом величина преобразованной непрерывной мощности может превысить 150 кВт.

Ключевые слова: ленточный электронный поток, циклотронный преобразователь энергии, 3D-моделирование, электронная пушка, резонатор, коллектор.

Abstract. The main attention of this paper is paid to the three-dimensional modeling of the dynamics of sheet electron beam in cyclotron wave converter (CWC) and to evaluation of its efficiency and power characteristics.  Sheet electron beam propagation was analyzed in Cuccia – type resonator and in the region of reversal change of focusing magnetic field. The method of "particle in a cell" with beam current limitation by a spatial charge field was used during analysis of excitation of  cyclotron rotation of the beam. The results of computer simulation were obtained taking into account Maxwell velocity distribution of emitted electrons, as well as the thermal losses of microwave power in the conducting walls of the resonator. The original design of the Cuccia – type resonator with transverse electric field was presented. It was found that the efficiency of power exchange with sheet electron beam in the resonator may exceed 90%. The longitudinal velocities of electrons can remain mono-energetically at the output of the resonator. Dynamics of sheet electron beam in the reversal change of the magnetic field was analyzed using the method of large particles and original multi-period 3D model of electron beam. It was found that the efficiency of rotational beam power conversion into longitudinal beam motion may exceed 80%, as well as the total efficiency of conversion of the microwave power into DC power can reach 75%. The value of the continuous-wave HF power been converted can reach 150 kW.

Key words: sheet electron beam, cyclotron wave converter, 3D simulation, electron gun, resonator, collector.

 

Для цитирования:

Д.А. Михеев, В.Л. Саввин, Р.В. Егоров, К.Т.Ч. Ву. Динамика ленточного электронного потока в циклотронном преобразователе энергии. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. № 4. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr18/2/text.pdf

DOI 10.30898/1684-1719.2018.4.2