УДК 621.385.69

Моделирование сильноточного релятивистского гиротрона на TM-моде продольно-щелевого резонатора

 

М. Н. Вилков ¹, А. Н. Леонтьев ¹, Р. М. Розенталь ¹, В. П. Тараканов ^2,3

¹ Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова 46, 603950

² Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ“, г. Москва, Каширское шоссе 31, 115409

³ Объединенный институт высоких температур РАН, г. Москва ул. Ижорская 13 стр.2 125412

 

Статья поступила в редакцию 30 января 2019 г.

 

Аннотация. Выполнены расчеты сильноточного релятивистского гиротрона длинноволновой части миллиметрового диапазона на моде ТМ-типа. Для дискриминации мод ТЕ-типа в гиротроне использован резонатор, составленный из отдельных продольных металлических пластин со щелями между ними. В рамках трехмерного PIC-моделирования кодом KARAT продемонстрирована возможность селективного возбуждения моды ТМ_5,1 винтовым электронным пучком с энергией частиц 500 кэВ и током 2 кА при выходной мощности более 230 МВт.

Ключевые слова: гиротрон, миллиметровое излучение, сильноточные релятивистские пучки.

Abstract. Pulse gyrotrons with relativistic helical electron beams, formed by explosive emission cathodes, are promising sources of electromagnetic radiation of the millimeter wavelength range with output power level in the hundreds of megawatts. However, an increase of the working current of the electron beam above a certain value, while maintaining the working cavity mode, leads to a significant decrease of gyrotrone efficiency due to the rebunching of electrons. Thus, the maximum power and maximum efficiency regimes in the gyrotron may not significantly overlap. The solution to this problem can be found in lowering the coupling coefficient of the electron beam with the high-frequency field due to the use of transverse magnetic working mode. In this paper calculation results for the Ka-band high-current relativistic gyrotron on TM-mode are presented. A cavity formed by separate longitudinal metal plates with slots between them was used to discriminate parasitic TE-modes in the gyrotron. It is shown that in a system of this type, compared to the traditional solid cavity, the TM-modes structure remains practically unchanged, while the TE-modes are radiated through the slots. The possibility of selective exciting of the TM₅₁ mode with output power of more than 230 MW in such structure was demonstrated using the PIC-simulation with the 3D KARAT code.

Keywords: gyrotron, millimeter-wave radiation, high-current relativistic electron beams.

 

Для цитирования:

М. Н. Вилков, А. Н. Леонтьев, Р. М. Розенталь, В. П. Тараканов. Моделирование сильноточного релятивистского гиротрона на TM-моде продольно-щелевого резонатора.  Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 2. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/feb19/6/text.pdf
DOI  10.30898/1684-1719.2019.2.6