ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №2
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.2.8
УДК: 621.385.6
Выбор формы временной зависимости колебаний
ускоряющего напряжения для моделирования
спектральных характеристик гиротрона
мегаваттного уровня мощности
Розенталь Р.М., Фокин А.П.
Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН,
603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46
Статья поступила в редакцию 18 декабря 2023 г.
Аннотация. Выполнено численное моделирование спектральных характеристик экспериментально реализованного гиротрона мегаваттного уровня мощности диапазона 170 ГГц. Расчеты проводились при помощи метода крупных частиц с использованием программного кода KARAT, при этом задача трехмерного моделирования возбуждения моды несимметричного типа сводилась к 2,5-мерной. При этом учитывалось присутствие высокочастотных флюктуаций на выходе высоковольтных источников питания, определяющих начальную энергию электронов. Исследованы связь формы и ширины спектра излучения моделируемого гиротрона с временной зависимостью величины ускоряющего напряжения. Показано, что лучшее совпадение с экспериментальными данными получается при сочетании относительно медленного пилообразного изменения энергии частиц с быстрыми случайными флуктуациями.
Ключевые слова: гиротрон, миллиметровое излучение, флуктуации напряжения.
Финансирование: Работа выполнена при поддержке РНФ, грант №19-79-30071.
Автор для переписки: Розенталь Роман Маркович, rrz@ipfran.ru
Литература
1. Litvak A.G., Denisov G.G., Glyavin M.Y. Russian gyrotrons: Achievements and trends //IEEE Journal of Microwaves. – 2021. – Т. 1. – №. 1. – С. 260-268.
2. Денисов Г.Г. и др. Концепция гиротрона c мегаваттным уровнем мощности на первой и второй циклотронных гармониках для нагрева плазмы в сферических токамаках //Известия вузов. Радиофизика. – 2020. – Т. 63. – №. 5-6.
3. Денисов Г.Г. и др. Микроволновый комплекс мегаваттного уровня мощности для системы электронно-циклотронного резонансного нагрева плазмы и поддержания тока в токамаке Т-15МД //Известия вузов. Радиофизика. – 2020. – Т. 63. – №. 5-6.
4. Красильников А.В. и др. Токамак с реакторными технологиями (TRT): концепция, миссии, основные особенности и ожидаемые характеристики //Физика плазмы. – 2021. – Т. 47. – №. 11. – С. 970-985.
5. Лукша О.И. и др. Траекторный анализ в коллекторе с многоступенчатой рекуперацией энергии для прототипа гиротрона DEMO. Часть I. Идеализированное распределение магнитного поля //Журнал технической физики. – 2021. – Т. 91. – №. 1. – С. 125-130.
6. Denisov G. et al. Concept design of the megawatt power level gyrotron stabilized by a low-power signal for DEMO project //Nuclear Fusion. – 2022. – Т. 62. – №. 3. – С. 036020.
7. Denisov G.G. et al. Design of master oscillator for frequency locking of a complex of megawatt level microwave sources //Microwave and Optical Technology Letters. – 2020. – Т. 62. – №. 6. – С. 2137-2143.
8. Rozental R.M. et al. Concept of Gyrotron Complexes With Serial Phase and Frequency Locking //IEEE Transactions on Electron Devices. – 2023. – Т. 70. – №. 4. – С. 2161-2164.
9. Бакунин В.Л., Денисов Г.Г., Новожилова Ю.В. Фазовый захват внешним монохроматическим сигналом гиротрона с низкочастотными флуктуациями напряжения и тока //Известия вузов. Радиофизика. – 2020. – Т. 63. – №. 5-6.
10. Kuftin A.N. et al. First demonstration of frequency-locked operation of a 170 GHz/1 MW gyrotron //IEEE Electron Device Letters. – 2023.
11. Rozental R.M., Tarakanov V.P. Potential for Acceleration of Simulation of Dynamic Processes in Oversized Gyrotrons by Means of Using 2.5 D Particle-in-Cell Method //Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. – 2022. – Т. 43. – №. 5-6. – С. 479-492.
12. Розенталь Р.М., и др. Использование 2,5-мерного PIC-кода для моделирования гиротронов с несимметричными рабочими модами // Известия вузов. Радиофизика. – 2022. – Т. 65. – № 5-6. – C. 420-433.
13. Tarakanov V.P. Code KARAT in simulations of power microwave sources including Cherenkov plasma devices, vircators, orotron, E-field sensor, calorimeter etc //EPJ Web of Conferences. – EDP Sciences, 2017. – Т. 149. – С. 04024.
14. Andreev S.N., Kurilenkov Y.K., Oginov A.V. Fully Electromagnetic Code KARAT Applied to the Problem of Aneutronic Proton–Boron Fusion //Mathematics. – 2023. – Т. 11. – №. 18. – С. 4009.
15. Тараканов В.П. Теоретический и численный анализ нелинейных задач физики плазмы посредством кода КАРАТ //Дис. на соискание ученой степени д-ра физ.-мат. наук. М., ИОФ РАН. – 2011.
16. Fasel D. et al. 5 MW CW supply system for the ITER gyrotrons Test Facility //Fusion engineering and design. – 2011. – Т. 86. – №. 6-8. – С. 872-875.
17. Ma S.X. et al. Overview of 100-kV/60-A high-voltage power supply utilized for the ECRH system on J-TEXT tokamak //IEEE Transactions on Plasma Science. – 2014. – Т. 42. – №. 3. – С. 656-663.
18. Braune H. et al. HV-system for CW-gyrotrons at W7-X and the relevance for ITER //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2005. – Т. 25. – №. 1. – С. 56.
19. Jeong J.H. et al. Development of high voltage power supply for the KSTAR 170 GHz ECH and CD system //Fusion Engineering and Design. – 2013. – Т. 88. – №. 5. – С. 380-387.
20. Denisov G.G. et al. First experimental tests of powerful 250 GHz gyrotron for future fusion research and collective Thomson scattering diagnostics //Review of Scientific Instruments. – 2018. – Т. 89. – №. 8.
Для цитирования:
Розенталь Р.М., Фокин А.П. Выбор формы временной зависимости ускоряющего напряжения для моделирования спектральных характеристик гиротрона мегаваттного уровня мощности. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.2.8.