LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

малим у порівнянні з радіусами пучка й резонатора. Систему нелінійних рівнянь плазмонаповненого гіротрона було отримано на основі спільного розв'язання системи рівнянь Максвелла й рівнянь руху електронних осциляторів в електромагнітному полі квазі-ТЕ хвилі. Прийняті наближення дозволили звести точні рівняння плазмонаповненого гіротрона до системи укорочених рівнянь, що узагальнює відомі рівняння стаціонарної одномодової генерації гіротрона на випадок присутності фонової плазми в резонаторі.

В третьому підрозділі третього розділу аналізується вплив плазми в резонаторі на ККД і потужність гіротрона. Систему нелінійних самоузгоджених рівнянь гіротрона, резонатор якого заповнений фоновою плазмою, було розв’язано чисельно для параметрів 1-МВт 140-ГГц безперервного гіротрона в FZK. Було показано, що основний внесок у зміну ККД гіротрона дає зменшення розладу резонансу , причиною якого є падіння частоти генерації під впливом плазми, де - електронна-циклотронна частота, - початковий релятивістський фактор для електронів пучка.



Рис. 5. Залежність поперечного електронного ККД для моди TE28,8 від параметра струму I0 для різних значень густини плазми в резонаторі 1-МВт 140-ГГц безперервного гіротрона в FZK (B0= 5.56 Тл, Vb = 81 кВ, a = 1.3)

Встановлено, що зменшення розладу резонансу, який у вакуумному гіротроні вибирається оптимальним для робочого струму пучка, веде до зменшення ККД (рис. 5). Однак, якщо підтримувати розлад резонансу оптимальним для ККД (наприклад, за допомогою зменшення магнітного поля), фонова плазма не веде до зменшення максимуму функції ККД від струму. При струмах пучка, які дещо перевищують робоче значення, ККД плазмонаповненого гіротрона стає помітно більшим за ККД вакуумного аналога. Діапазон струмів пучка, при яких ККД є близьким до максимального значення, розширюється зі збільшенням густини плазми. Встановлено, що така поведінка залежності ККД від струму є наслідком індукованого плазмою зменшення коефіцієнта зв'язку пучка з хвилею й веде до помітного збільшення вихідної потужності випромінювання при великих струмах пучка.


Висновки

У дисертаційній роботі теоретично досліджено циклотронну нестійкість гвинтового пучка електронів в циліндричних хвилеводах та резонаторах, які заповнені розрідженою магнітоактивною плазмою. Отримані результати використані для аналізу впливу фонової плазми в резонаторі на роботу гіротрона. Припущення, що фонова плазма є досить розрідженою, а робочою й конкуруючими модами гіротрона є модифіковані плазмою ТЕ моди резонатора (квазі-ТЕ моди) дозволило побудувати теорію плазмонаповненого гіротрона з використанням апробованих моделей і методів аналогічної теорії вакуумних гіротронів. Основна увага в роботі приділена дослідженням модифікації робочих характеристик потужних безперервних гіротронів для сучасних термоядерних установок під впливом плазми.

Основні результати і висновки даної роботи можна сформулювати так:

  • Розглянуто деякі особливості дисперсійних властивостей високочастотних електромагнітних мод циліндричного хвилеводу, повністю заповненого магнітоактивною плазмою малої густини. Отримано дисперсійні рівняння для двох типів гібридних мод і показано, що перезамкнення дисперсійних кривих мод цих типів є однією з причин звивистого характеру дисперсійних кривих в хвилеводах з магнітоактивною плазмою. Також було аналітично показано, що в смузі частот розташовано нескінченне число дисперсійних кривих.

  • Встановлено, що присутність фонової плазми в резонаторі гіротрона спричиняє зменшення резонансних частот. Зменшення власних частот резонатора обумовлено зниженням частот відсічення ТЕ мод під впливом плазми. Розраховане зменшення частоти знаходиться в добрій відповідності із експериментально спостереженою величиною.

  • Отримано дисперсійне рівняння, яке описує лінійну стадію взаємодії потоку електронних осциляторів із квазі-ТЕ хвилею циліндричного хвилеводу, заповненого магнітоактивною плазмою. З його використанням було розраховано зміни лінійних інкрементів і областей циклотронної нестійкості квазі-ТЕ мод під впливом плазми.

  • Розглянуто лінійну стадію збудження квазі-ТЕ мод гвинтовим електронним пучком у резонаторі гиротрона із фоновою плазмою і досліджено вплив плазми на стартові струми для цих мод.

  • Отримано систему нелінійних рівнянь, що описує стаціонарну одномодову генерацію квазі-ТЕ мод у резонаторі гіротрона з плазмовим наповненням. З її використання було визначено вплив фонової плазми на ККД та потужність гіротрона.

  • Знайдено, що вплив плазми на лінійний інкремент наростання коливань, область нестійкості, стартовий струм, ККД генерації для робочої моди гіротрона, обумовлений, індукованими плазмою, ефектами зменшення резонансної частоти та коефіцієнта зв'язку пучка з хвилею.


    СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

  • Загинайлов Г.И., Щербинин В.И., Шунеманн К. Некоторые особенности дисперсионных свойств волноводов, заполненных плазмой, находящейся в конечном магнитном поле // Физика плазмы. - 2005. - том 31, № 7. - C. 647-654.

  • Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I., Schuenemann K., M. Thumm M. Influence of background plasma on electromagnetic properties of “cold” gyrotron cavity // IEEE Trans. Plasma Sci. – 2006. - Vol. 34, № 3. - P. 512-517

  • Загинайлов Г.И., Щербинин В.И., Шунеманн К. Линейная теория электронной циклотронной неустойчивости электромагнитных волн в волноводе с магнитоактивной плазмой// Физика плазмы. - 2007. - Том.33, № 8. - С.701–710.

  • Schuenemann K., Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I. Theoretical background of electron cyclotron plasma maser // Conf. Record-Abstracts of the IEEE Int. Conf. on Plasma Science, May 26-30, 2002, Banff, Canada. – 2002. - P. 98.

  • Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I., Schuenemann K. Investigation of probable plasma influence on the operation of the 1 MW 140 GHz CW gyrotron at FZK // Proceedings of the Int. Conf. Displays and Vacuum Electronics, May 3-4, 2004, Garmisch-Partenkirchen, Germany, - 2004. - P. 75-80.

  • Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I., Schuenemann K. Plasma influence on electromagnetic properties of gyrotron cavity // Proceedings of the Int. Conf. Mathematical Methods in Electromagnetic Theory, September 14-17, 2004, Dniepropetrovsk , Ukraine. – 2004. - P.217-219.

    Щербінін В.І. Циклотронні нестійкості гвинтових електронних пучків у магнітоактивних плазмових хвилеводах. – Рукопис.

    Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за


  •