LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

електромагнітних властивостей резонатора під впливом плазми.

У роботі [3] здобувачем було отримано дисперсійне рівняння, яке описує лінійну стадію взаємодії гвинтового електронного пучка з власними квазі-ТЕ модами хвилеводу з магнітоактивною плазмою, і проведено чисельний аналіз його властивостей.

У роботі [4] здобувачем було отримано дисперсійне рівняння для модифікованих розрідженою магнітоактивною плазмою власних ТЕ мод циліндричного хвилеводу і проведено чисельний аналіз впливу магнітоактивної плазми на дисперсійні властивості та розподіл полів для цих мод.

У роботі [5] здобувачем було отримано систему нелінійних самоузгоджених рівнянь, яка описує динаміку плазмонаповненого гіротрона.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на таких міжнародних конференціях:

  • IEEE International Conference on Plasma Science (м. Банфф, Канада, 2002 р.) [4].

  • International Conference on Displays and Vacuum Electronics (м. Гармиш-Партенкирхен, ФРН, 2004 р.) [5].

  • International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (м. Дніпропетровськ, 2004 р., доповідь представлялась здобувачем) [6].

    Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 6 робіт, із них 3 - у спеціалізованих журналах, що відповідають переліку ВАК України

    Структура й об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів і висновків. Повний обсяг дисертації складає 126 сторінок, включаючи 42 рисунка, 1 таблицю та список використаної літератури з 147 найменувань.


    ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

    У вступі обґрунтовується важливість і актуальність виконаних у дисертаційній роботі досліджень впливу фонової плазми в резонаторі гіротрона на робочі характеристики генератора, виконується історичний огляд надрукованих раніше робіт із даної тематики, обговорюється наукова новизна отриманих результатів та їх практичне значення.

    Перший розділ присвячено дослідженням впливу фонового магнітоактивного плазмового наповнення на електромагнітні властивості резонатора гіротрона. У першому підрозділі цього розділу представлені результати дослідження дисперсійних властивостей високочастотних електромагнітних мод циліндричного хвилеводу, повністю заповненого магнітоактивною плазмою. Для опису діелектричних властивостей плазмового наповнення було обрано модель "холодної" плазми без зіткнень з нерухомими іонами. Вважалось, що плазма є досить розрідженою (). Це дозволило представити дисперсійне рівняння для плазмового хвилеводу у вигляді


    (1)

    де й - частота й поздовжнє хвильове число власних коливань хвилеводу з магнітоактивною плазмою.


    Рис.1. Дисперсійні криві хвилеводу, заповненого магнітоактивною плазмою при параметрах R = 4.1 см, wB = 107 ГГц, wp = 30 ГГц; а) – дисперсійні криві ЕН и НЕ мод (D1,2(w,kz) = 0); б) – криві, що описуються рівнянням (1).


    Було показано, що дисперсійні властивості плазмового хвилеводу, в основному, визначаються властивостями дисперсійних рівнянь для ЕН мод і для НЕ мод, а криві дисперсійного рівняння (1) (рис. 1б) близькі до дисперсійних кривих (рис. 1а), що описуються цими рівняннями, за винятком околів точок перетину кривих ЕН та НЕ мод. Тут відбувається перезамкнення дисперсійних кривих. Було показано, що це перезамкнення є однією з причин звивистого характеру дисперсійних кривих (рис.1б), який є типовим для високочастотного спектру власних мод хвилеводів з магнітоактивним плазмовим наповненням. Раніше звивистий характер дисперсійних кривих неодноразово спостерігався різними авторами при чисельному аналізі дисперсійних властивостей плазмових хвилеводів у скінченому магнітному полі. За відсутності плазми в хвилеводі ЕН моди переходять до ТМ мод, а НЕ до ТЕ мод вакуумного хвилеводу.

    Було детально досліджено дисперсійні властивості НЕ мод. Встановлено, що розв'язки рівняння залежать від знака азимутального хвильового числа. Таким чином дисперсійні властивості різні для правогвинтових і лівогвинтових НЕ мод. Кожна НЕ мода плазмового хвилеводу має дві гілки, одна з яких розташована вище верхньої гібридної частоти , де , - плазмова та циклотронна частоти. Показано, що мод, гілки яких розташовані в частотному інтервалі , нескінченне число (моди НЕ1,7, НЕ1,8 і т.д. на рис.1а). Магнітне поле, густина плазми й радіус хвилеводу визначають скінченну кількість мод (див., наприклад, моду НЕ1,3 на рис.1а), для яких інтервал частот є смугою непрозорості. Друга гілка цих мод розташована нижче і при малих значеннях густини плазми з ростом густини плазми зміщується вниз по частоті.

    Поляризація НЕ мод у хвилеводі з розрідженою плазмою, частоти яких лежать поблизу частот відсічення (), є близькою до ТЕ поляризації. У цьому випадку зв'язок НЕ й ЕН мод є слабким, а НЕ моди зручно називати квазі-ТЕ модами плазмового хвилеводу.

    Другий підрозділ першого розділу присвячено дослідженням змін погонної густини енергії, погонного потоку енергії й групових швидкостей квазі-ТЕ мод в залежності від густини магнітоактивної плазми у хвилеводі. Встановлено, що плазма у хвилеводі спричиняє помітне збільшення погонної густини енергії. У той же час, зменшення групових швидкостей квазі-ТЕ мод під впливом плазми веде до зменшення потоку енергії цих мод через поперечний переріз хвилеводу.

    У третьому підрозділі першого розділу представлено результати дослідження впливу фонової плазми на електромагнітні властивості резонатора гіротрона. На основі параметрів експерименту для 1-МВт 140-ГГц безперервного гіротрона в FZK, під час якого спостерігалася ефективна нейтралізація пучка, було зроблено оцінку густини фонової плазми в резонаторі та обрано модель опису її діелектричних властивостей. Було показано, що плазма є розрідженою () з густиною см-3. Було обґрунтовано, що обрана в дисертаційній роботі модель "холодної" плазми без зіткнень може бути використана для опису діелектричних властивостей плазмового наповнення в резонаторах сучасних безперервних гіротронів мегаватт-класу.

    Як відомо, збудження резонатора гіротрона відбувається на частоті близькій до частоти відсічення робочої моди гіротрона, коли . Було показано, що наявність двох малих параметрів і дозволяє знехтувати зв'язком ЕН і НЕ мод. При цьому робочою й конкуруючими модами плазмонаповненого гіротрона є квазі-ТЕ моди.

    Як відомо, радіус поперечного перерізу циліндричного резонатора гіротрона слабко залежить від поздовжньої координати z. Використовуючи цю особливість структури резонатора, задачу розв’язання системи рівнянь Максвелла


  •