LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

для системи хвилевід із магнітоактивною плазмою - пучок електронних осциляторів. За допомогою цього рівняння дослідити вплив магнітоактивної плазми на лінійні інкременти наростання коливань і області циклотронної нестійкості власних ТЕ мод циліндричного хвилеводу.

  • Знайти рівняння, що описують лінійну стадію збудження гвинтовим електронним пучком власних мод резонатора гіротрона, заповненого магнітоактивною плазмою. Визначити зміну стартового струму робочої моди, викликану присутністю фонової плазми в резонаторі.

  • Одержати нелінійну самоузгоджену систему рівнянь, що описує стаціонарну одномодову генерацію електромагнітного випромінювання в плазмонаповненому гіротроні. Використовуючи отриману систему, дослідити вплив плазми на ККД і вихідну потужність гіротрона.

    Об'єкт дослідження – електромагнітні властивості циліндричних хвилеводів і резонаторів, заповнених магнітоактивною плазмою, а також циклотронні нестійкості гвинтових електронних пучків в циліндричних хвилеводах і резонаторах з магнітоактивним плазмовим наповненням.

    Предмет дослідження – електромагнітні коливання у хвилеводах і резонаторах з магнітоактивною плазмою.

    Методи дослідження – дисертаційне дослідження було проведено в припущенні, що

    • фонова плазма в резонаторі гіротрона є однорідною, а її густина малою;

    • діелектричні властивості плазмового наповнення резонатора гіротрона описуються в рамках моделі "холодної" магнітоактивної плазми без зіткнень з нерухомими іонами;

    • електромагнітні властивості резонатора визначаються за допомогою розв'язання системи рівнянь Максвелла спільно з матеріальними рівняннями для фонової плазми з урахуванням граничних умов на стінках, вхідному й вихідному поперечних перерізах резонатора;

    • у випадку збудження гвинтовим електронним пучком мод з малими значеннями поздовжнього хвильового числа в резонаторі гіротрона, який заповнений магнітоактивною плазмовою малої густини, зв'язок мод ТЕ й ТМ типів є слабким;

    • гвинтовий електронний пучок є розрідженим й можна знехтувати полем пучка та впливом пучка на розподіл поля по поперечному перерізу резонатора;

    • пучок електронів описується за допомогою функції розподілу, вид якої у лінійному наближенні визначається аналітично за допомогою лінеаризації кінетичного рівняння Власова й системи рівнянь Максвелла;

    • у нелінійній теорії використовується функція розподілу окремих часток, для визначення виду якої чисельно інтегруються рівняння руху для достатнього числа репрезентативних електронів пучка в електромагнітному полі хвилі.

    Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що в роботі

  • Уперше було отримано дисперсійні рівняння для гібридних ЕН та НЕ мод в хвилеводі з магнітоактивним плазмовим наповнення малої густини.

  • Уперше було отримано точні вирази для частот відсічення ТЕ мод у хвилеводі з магнітоактивним плазмовим наповненням, які справедливі при довільній густині плазми. Також уперше було встановлено, що частоти відсічення залежать від знака азимутального індексу.

  • Уперше було аналітично показано, що в інтервалі частот між циклотронною частотою й верхньою гібридною частотою знаходиться нескінченне число дисперсійних кривих.

  • Уперше було отримано хвильове рівняння для робочої та конкуруючих мод гіротрона у випадку, коли резонатор гіротрона наповнений розрідженою плазмою. Також уперше було показано, що плазмове наповнення резонатора може бути однією з причин зменшення частоти генерації безперервних гіротронів, що спостерігається експериментально.

  • Уперше було отримано дисперсійне рівняння, яке описує лінійну стадію взаємодії пучка електронних осциляторів із власними модифікованими ТЕ модами хвилеводу, заповненого магнітоактивною плазмою малої густини (квазі-ТЕ модами).

  • Уперше було досліджено вплив плазмового наповнення в резонаторі гіротрона на стартові струми ТЕ мод.

  • Уперше було отримано систему самоузгоджених нелінійних рівнянь для модульованого пучка електронів і збудження високочастотного поля в резонаторі з плазмою, яка описує одномодову стаціонарну генерацію плазмонаповненого гіротрона. Було детально досліджено причини модифікації ККД гіротрона під впливом плазми.

    Практичне значення отриманих результатів. Отримані в роботі результати можуть бути використані для інтерпретації експериментальних даних для високопотужних безперервних гіротронів, у резонаторах яких формується плазма малої густини внаслідок ударної іонізації фонового газу. Зокрема, результати можуть бути використані для 1-МВт 140-ГГц безперервного гіротрона в Forschunszentrum Karlsruhe (FZK, Німеччина), який при тривалості генерації 30 хв. і потужності 0.92 МВт має рекордне значення енергії випромінювання. Потенційне використання плазмового наповнення в резонаторі для збільшення гранично припустимої потужності гіротрона також вимагає детальних теоретичних досліджень ефектів, індукованих плазмою в резонаторі. Сукупність отриманих результатів дозволяє відтворити цілісну картину взаємодії пучка електронних осциляторів з електромагнітними хвилями в циліндричних хвилеводах і резонаторах, заповнених фоновою магнітоактивною плазмою. Результати досліджень електромагнітних властивостей «холодного» резонатора з плазмою, що строго враховують геометрію резонатора, можуть бути використані для розрахунку зміни частоти генерації гіротрона під впливом фонової плазми. Дослідження впливу плазми на лінійні інкременти, області нестійкості й стартові струми для робочої та паразитних мод гіротрона дозволяють визначити зміну умов виникнення генерації для гіротрона, що спричинена плазмовим наповненням резонатора. Результати дослідження динаміки плазмонаповненого гіротрона необхідні для визначення зміни ККД і вихідної потужності генератора під впливом плазми.

    Персональний внесок автора. Роботи, на яких базується дисертація, виконані в співавторстві. Конкретний персональний внесок здобувача є таким:

    У роботі [1] здобувачем були отримані дисперсійні рівняння для двох типів пов’язаних гібридних ЕН та НЕ мод в циліндричному хвилеводі, заповненому розрідженою магнітоактивною плазмою, а також вирази для частот відсічення, погонного потоку й погонної густини енергії квазі-ТЕ мод у хвилеводі з магнітоактивною плазмою, проведено чисельні дослідження впливу магнітоактивної плазми на електромагнітні властивості хвилеводу.

    У роботах [2,6] здобувачем було отримано хвильове рівняння для власних квазі-ТЕ мод резонатора гіротрона з фоновою плазмою малої густини і розроблено чисельну програму для розрахунку модифікації


  •