ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2026. №5

УДК: 537.86, 621.373

Оптимизация параметров мегаваттного гиротрона
для повышения выходной мощности
при сохранении тепловых нагрузок

Г.Г. Денисов¹, И.В. Железнов¹, И.В. Зотова¹, М.Ю. Глявин¹, А.С. Зуев¹,
А.С. Сергеев¹, А.В. Кирсанов^1,2, Д.Д. Крыгина¹

¹Институт прикладной физики РАН им. А.В. Гапонова-Грехова,
603951, Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46

²Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,
603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

Статья поступила в редакцию 20 апреля 2026 г.

Аннотация. На основе численного моделирования проведена оптимизация параметров мегаваттного гиротрона с рабочей частотой 170 ГГц и рабочей модой ТЕ_25,10 с целью увеличения выходной мощности генерации до 1.2 МВт при сохранении приемлемого уровня пиковых тепловых нагрузок на стенку резонатора. Такой результат достигается путем повышения тока пучка при укорочении длины регулярной части резонатора. При этом тепловая нагрузка в резонаторе сохраняется на приемлемом уровне. Найдено оптимальное соотношение длины резонатора и рабочего тока с учетом ограничений по эмиссионной способности катода. Полученные данные могут быть использованы для реализации гиротрона с повышенной мощностью, соответствующей новым требованиям для системы нагрева плазмы ITER, при сохранении конфигурации катодного узла и квазиоптического преобразователя.

Ключевые слова: гиротроны, повышение мощности СВЧ излучения, управляемый термоядерный синтез, дифракционная и омическая добротности.

Финансирование: Работа выполнена в рамках проекта ИПФ РАН FFUF-2022-0007 «Создание мощных источников электромагнитного излучения ЭЦР диапазона».

Автор для переписки: Железнов Илья Владимирович, zheleznoviv@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. https://doi.org/10.1109/JMW.2020.3030917

2. Thumm M. K. A. et al. High-power gyrotrons for electron cyclotron heating and current drive //Nuclear Fusion. – 2019. – Т. 59. – №. 7. – С. 073001. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab2005

3. Thumm M. State-of-the-art of high-power gyro-devices: 2025 update of experimental results //Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. – 2025. – Т. 46. – №. 6. – С. 35. https://doi.org/10.1007/s10762-025-01042-y

4. Xu H. et al. ECRH system upgrade design using dual frequency gyrotrons for EAST //Fusion Engineering and Design. – 2021. – Т. 164. – С. 112222. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2020.112222

5. Delpech L. et al. A new 3MW ECRH system at 105 GHz for WEST //Fusion Engineering and Design. – 2023. – Т. 186. – С. 113360. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2022.113360

6. Zapevalov V. E. et al. Development of 170 GHz/1 MW Russian gyrotron for ITER //Fusion Engineering and Design. – 2001. – Т. 53. – №. 1-4. – С. 377-385. https://doi.org/10.1016/S0920-3796(00)00513-5

7. Darbos C. et al. ECRH system for ITER //AIP Conference Proceedings. – American Institute of Physics, 2009. – Т. 1187. – №. 1. – С. 531-538. https://doi.org/10.1063/1.3273807

8. https://www.iter.org/machine/supporting-systems/external-heating-systems

9. Запевалов В. Е. и др. Низкодобротные резонаторы для мощных гиротронов //Изв. ВУЗов. Радиофизика. – 1994. – Т. 37. – №. 3. – С. 381-386. https://radiophysics.unn.ru/sites/default/files/papers/1994_3_381.pdf

10. Гиротроны: сборник научных трудов / под ред. А. В. Гапонова-Грехова. – Горький: ИПФ АН СССР. – 1981. – 232 с.

11. Нусинович Г. С., Хижняк В. И. О выборе оптимальных параметров гиротронов, работающих в режиме генерации непрерывного сигнала или импульсов большой длительности // Электронная техника. Серия 1: СВЧ-техника – 1990. – № 9 – С. 29.

12. Запевалов В. Е. и др. Разработка прототипа многочастотного мегаваттного гиротрона в диапазоне 105-156 ГГц //Известия высших учебных заведений. Радиофизика. – 2004. – Т. 47. – №. 5-6. – С. 443-452. https://radiophysics.unn.ru/issues/2004/5

13. Bandurkin I. et al. Development of third-harmonic 1.2-THz gyrotron with intentionally increased velocity spread of electrons // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2020. – Т. 67. – №. 10. – С. 4432-4436. https://doi.org/10.1109/TED.2020.3012524

14. Goldenberg A. L. et al. Energy spectra of electrons and depressed potential collector in gyrotrons //International journal of infrared and millimeter waves. – 1997. – Т. 18. – №. 1. – С. 43-55. https://doi.org/10.1007/BF02677896

15. Denisov G. G. et al. Phase-locking of second-harmonic gyrotrons for providing MW-level output power //IEEE Transactions on Electron Devices. – 2021. – Т. 69. – №. 2. – С. 754-758. https://doi.org/10.1109/TED.2021.3134187

Для цитирования:

Денисов Г.Г., Железнов И.В., Зотова И.В., Глявин М.Ю., Зуев А.С., Сергеев А.С., Кирсанов А.В., Крыгина Д.Д. Оптимизация параметров мегаваттного гиротрона для повышения выходной мощности при сохранении тепловых нагрузок. // Журнал радиоэлектроники. – 2026. – №. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.5.5