LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Циклотронні нестійкості гвинтових електронних пучків в магнітоактивних плазмових хвилеводах

Харківський національний університет

імЕНІ В.Н. Каразіна




Щербінін Віталій Ігорович



УДК 533.9




Циклотронні нестійкості гвинтових електронних пучків В магнітоактивних плазмових хвилеводах




01.04.08 – фізика плазми



Автореферат


дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук







Харків – 2008





Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти та науки України.


Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук, професор, Загінайлов Геннадій Іванович, Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, провідний науковий співробітник.


Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор, Куклін Володимир Михайлович, Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна МОН України, завідувач кафедри;



кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник, Сотніков Геннадій Васильович, Національний науковий центр “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, начальник лабораторії.


Захист відбудеться "25" квітня 2008 р. о 17 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.12. у Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна МОН України за адресою: 61108, м. Харків, пр. Курчатова 31, ауд. 301.


З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна МОН України за адресою: 61077, м. Харків, площа Свободи 4.


Автореферат розісланий "21" березня 2008 р.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради С.О. Письменецький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Успіхи у використанні міліметрових хвиль в термоядерних технологіях безпосередньо пов'язані з прогресом у розробці гіротронів як найбільш перспективних джерел високопотужного безперервного випромінювання міліметрового діапазону довжин хвиль. Можна виділити дві основні причини виникнення інтересу до досліджень впливу плазмового наповнення на роботу гіротронів

Перша причина пов'язана з потенційно можливим використанням плазми в резонаторі для збільшення гранично припустимої потужності гіротрона. До теперішнього часу вакуумні гіротрони детально вивчені, й подальше вдосконалення їх робочих характеристик пов’язано зі значними технічними труднощами. У більшості випадків збільшення потужності гіротронів досягається за рахунок збільшення струму пучка та прискорювальної напруги. Однак робочий струм вакуумного гіротрона, як правило, не перевищує половини величини граничного вакуумного струму. Подальше збільшення струму пучка веде до насичення або зниження потужності, що обумовлено впливом поля об'ємного заряду пучка. Як відомо, присутність фонової плазми в резонансній структурі генератора здатна привести до нейтралізації об'ємного заряду пучка. Це дозволяє досягти робочих струмів, що помітно перевищують граничне вакуумне значення, і збільшити потужність приладу. Десятикратне збільшення потужності гіротрона в результаті заповнення резонатора фоновою плазмою експериментально спостерігалося в 1978 році у Фізичному інституті ім. П.Н. Лебедєва в Москві. Проте, цей результат було отримано для однієї із перших версій гіротрона й в імпульсному режимі генерації. Для сучасних безперервних гіротронів мегават-класу експериментальні дослідження збільшення гранично припустимої величини вихідної потужності гіротрона за допомогою плазмового наповнення резонатора не проводилися. Однією з основних причин цього є відсутність до теперішнього часу послідовної теорії плазмонаповнених гіротронів.

Друга причина досліджень впливу плазми на роботу гіротронів пов'язана з необхідністю інтерпретації експериментальних даних для сучасних потужних гіротронів. Плазма малої густини виникає в резонаторах гіротронів в результаті ударної іонізації фонового газу пучком електронів. Плазма в резонаторі веде до нейтралізації заряду пучка, що спостерігається експериментально. Фонова плазма здатна модифікувати електромагнітні властивості резонатора. Модифікація власних частот та розподілу власних полів резонатора може вплинути на взаємодію пучка електронів із робочою хвилею гіротрона і, таким чином, змінити стартовий струм та ККД генерації. Тому виникає необхідність врахування присутності плазми малої густини в резонаторі гіротрона при розробці й оптимізації роботи сучасних гіротронів для термоядерних технологій.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційні дослідження були проведені в ХНУ ім. В.Н. Каразіна і пов’язані з виконанням держбюджетних науково-дослідних робіт # 7-13-03 "Взаємодія потоків частинок і хвиль з матеріалами в задачах КТС" (2003-2005 рр., № держреєстрації 0103U004199) та # 7-13-06 "Взаємодія електромагнітних хвиль та потоків частинок з матеріалами в плазмових установках" (2006-2008 рр., № держреєстрації 0106U001575). Рівень участі здобувача у темах – виконавець.

Мета й задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є побудова теорії, яка описує циклотронну нестійкість гвинтового пучка електронів в циліндричних хвилеводах та резонаторах, заповнених розрідженою магнітоактивною плазмою, та визначення на її основі змін робочих характеристик гіротрона під впливом фонової плазми в резонаторі.

Для досягнення цієї мети необхідно було виконати такі роботи:

  • Детально дослідити високочастотний спектр власних електромагнітних хвиль циліндричного хвилеводу, заповненого магнітоактивною плазмою. Визначити локальне дисперсійне рівняння для модифікованих плазмою робочої та конкуруючих мод гіротрона в обраному поперечному перерізі резонатора. Для цих мод визначити вплив плазми на групові швидкості, погонну густину й погонний потік енергії.

  • Отримати хвильове рівняння для власних мод резонатора з плазмою. Дослідити вплив плазми на електромагнітні властивості резонатора гіротрона на основі розв'язання хвильового рівняння з урахуванням модифікації дисперсійних властивостей робочої та конкуруючих мод гіротрона.

  • Отримати дисперсійне рівняння


  •