ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2024, № 2 · ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Неадиабатические эффекты в электронно-оптической системе релятивистского гиротрона миллиметрового диапазона длин волн

А.Н. Леонтьев1, В.Е. Нечаев1, Е.С. Семенов1, О.П. Планкин1, Р.М. Розенталь1

1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2024.2.5 УДК 621.385.69 EDN HSOPYF

Аннотация

Проведён анализ ситуации, при которой в магнетронно-инжекторной пушке релятивистского гиротрона W-диапазона возможно формирование неадиабатической электростатической линзы, что приводит к немонотонности зависимости питч-фактора (отношение поперечной и продольной компонент скоростей электронов в пучке) от анодного напряжения. Эта проблема актуальна для мощных импульсных гиротронов с величиной тока пучка порядка 100 А, для которых характерна большая величина коэффициента перемагничивания в электронно-оптической системе. Представлены результаты траекторного анализа методами трубок тока и дискретных источников на основе программного комплекса ANGEL, а также оценки влияния магнитной линзы на свойства электронного пучка на основе простой аналитической модели.

  • релятивистский гиротрон
  • магнетронно-инжекторная пушка
  • НЕАДИАБАТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
Abstract (in English)

Nonadiabatic effects in the electron-optical system of a relativistic millimeter-wave gyrotron

Gyrotrons based on relativistic electron flows generated by thermionic magnetron injection guns are promising pulsed sources of millimeter and submillimeter radiation with multi-megawatt output power. Obviously, to increase the output power of such devices, it is necessary to provide a high beam current of more than 100 A. At the selected emission density, this forces the use of an emitter with a sufficiently large area. As is well known, wide emitters produce beams with a large velocity spread, which reduces the efficiency of the electron-wave interaction. Therefore, it is necessary to increase the diameter and, accordingly, increase the distance from the cathode to the gyrotron cavity, which leads to an increase in the magnetization reversal coefficient. Thus, the magnetic field in the region of beam formation becomes weak, and the Larmor radius and the turn pitch of the electron trajectory become large compared to the geometry of the surrounding electrodes, which can cause nonadiabatic effects. In this work, we consider one of these effects, which consists in the emergence of a range of anode voltage values in which the monotonic growth of the pitch factor stops. The results of trajectory analysis using current tube and discrete source methods based on the ANGEL software package are presented, as well as an assessment of the influence of a magnetic lens on the properties of an electron beam based on a simple analytical model.

Для цитирования

Леонтьев А.Н., Нечаев В.Е., Семенов Е.С., Планкин О.П., Розенталь Р.М. Неадиабатические эффекты в электронно-оптической системе релятивистского гиротрона миллиметрового диапазона длин волн // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.2.5

Литература

  1. Peskov N.Y. et al. Sub-gigawatt W-band oversized Surface-Wave Oscillator with 2D-periodical slow-wave structure of cylindrical geometry // IEEE Electron Device Letters. - 2023.
  2. Li S., Wang J., Wang D. Relativistic surface wave oscillator in Y-band with large oversized structures modulated by dual reflectors // Scientific reports. - 2020. - Т. 10. - №. 1. - С. 336.
  3. Malkin A. et al. Quasi-optical theory of relativistic Cherenkov oscillators and amplifiers with oversized electrodynamic structures // Electronics. - 2022. - Т. 11. - №. 8. - С. 1197.
  4. Ginzburg N.S. et al. Quasi-optical theory of relativistic submillimeter surface-wave oscillators // Applied Physics Letters. - 2011. - Т. 99. - №. 12.
  5. 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.
  6. Zaitsev N.I. et al. X-band high-efficiency relativistic gyrotron // IEEE transactions on Plasma Science. - 2002. - Т. 30. - №. 3. - С. 840-845.
  7. Зайцев Н.И. и др. Десятимегаваттный импульсный гиротрон с длиной волны 1 см и КПД 50% // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. - 2003. - Т. 46. - №. 10. - С. 914-918.
  8. Abubakirov E.B. et al. W-band 5 MW pulse relativistic gyrotron // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2017. - Т. 64. - №. 4. - С. 1865-1867.
  9. Abubakirov E.B. et al. W-band 5 MW pulse relativistic gyrotron // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2017. - Т. 64. - №. 4. - С. 1865-1867.
  10. Планкин О.П., Семенов Е.С. Комплекс программ ANGEL-2DS для моделирования пушки гиротрона. Инструкция для пользователя // ИПФ РАН: Н. Новгород. - 2011.
  11. Планкин О.П., Семёнов Е.С. Траекторный анализ электроннооптической системы технологического гиротрона // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика. - 2013. - Т. 8. - №. 2. - С. 44-54.