LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

спеціальністю 01.04.08. – фізика плазми. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2008.

Дисертаційна робота присвячена теоретичним дослідженням впливу фонової плазми в резонаторі гіротрона на електромагнітні властивості резонатора, лінійну та нелінійну стадії збудження високочастотного поля в резонаторі гвинтовим електронним пучком. Особливу увагу приділено випадку, коли плазма є розрідженою, а робочою і конкуруючими модами гіротрона є квазі-ТЕ моди. Показано, що фонова плазма в резонаторі гіротрона спричиняє зменшення резонансних частот квазі-ТЕ мод. Величина зсуву частоти добре узгоджується з експериментально спостереженою величиною. Отримано лінійне рівняння збудження високочастотного поля гвинтовим електронним пучком в резонаторі гіротрона із розрідженим плазмовим наповненням, та чисельно досліджено вплив фонової плазми на лінійні временні інкременти, області нестійкості й стартові струми для квазі-ТЕ мод резонатора. Отримано систему нелінійних рівнянь гіротрона, яка описує стаціонарну одномодову генерацію квазі-ТЕ моди резонатора, заповненого магнітоактивною плазмою, на основі розв’язання якої проведено аналіз змін КПД та вихідної потужності генерації гіротрона під впливом фонової плазми в резонансній структурі генератора.

Ключові слова: магнітоактивна плазма, хвилевід, резонатор, гіротрон, циклотрона нестійкість, квазі-ТЕ моди.


Shcherbinin V.І. Cyclotron instabilities of the helical electron beams in a magnetized plasma-filled waveguide. – Manuscript.

Dissertation for the candidate of physics and mathematics science degree in specialty 01.04.08 – Plasma physics. – V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2008.

The main goal of the thesis is to investigate theoretically the influence of background plasma filling in gyrotron cavity on the cavity electromagnetic properties, linear and nonlinear stage of high-frequency field excitation by helical electron beam. The special case of low-density plasma has been considered. Then the eigenmodes of plasma-filled cavity are quasi-TE modes. The plasma induced decrease of eigenfrequencies for quasi-TE modes has been discovered. The frequency downshift for different plasma densities has been calculated. The calculated frequency shift well agrees with experimental data. The dispersion equation for cyclotron resonance maser instability of electron beam in cylindrical plasma-filled waveguide in applied finite magnetic field has been obtained. Plasma influence on linear growth-rate, bandwidth and starting currents for quasi-TE modes has been determined. The nonlinear system of equation for stationary single-mode generation in plasma-filled gyrotron has been obtained. The analysis of efficiency modification due to plasma presence in the gyrotron cavity has been carried out.

Keywords: magnetized plasma, waveguide, cavity, gyrotron, cyclotron instability, quasi-ТЕ modes.


Щербинин В.И. Циклотронные неустойчивости винтовых электронных пучков в магнитоактивных плазменных волноводах. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.08 – физика плазмы. – Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина, Харьков, 2008.

Диссертационная работа посвящена теоретическим исследованиям влияния фоновой плазмы в резонаторе гиротрона на электромагнитные свойства резонатора, линейную и нелинейную стационарную стадии возбуждения в резонаторе высокочастотного поля винтовым электронным пучком. Детально исследованы дисперсионные свойства высокочастотных электромагнитных мод гладкого цилиндрического волновода, полностью заполненного магнитоактивной плазмой малой плотности. Показано, что одной из причин извилистого характера дисперсионных кривых, который является типичным для высокочастотных мод плазменных волноводов в конечном магнитном поле, является перезамыкание дисперсионных кривых НЕ и ЕН мод. Установлено, что в конечном частотном интервале между циклотронной и верхней гибридной частотами расположено бесконечное число дисперсионных кривых. Особое внимание уделено случаю, когда плазма является разреженной, а собственные частоты НЕ мод близки к частотам отсечки. При этом связь ЕН и НЕ моды пренебрежимо мала, а НЕ моды, поляризация которых в этом случае близка к ТЕ поляризации, удобно называть квази-ТЕ модами плазменного волновода. Установлено, что фоновая плазма в волноводе увеличивает погонную плотность и уменьшает погонный поток энергии квази-ТЕ мод. Получено волновое уравнение для квази-ТЕ мод в резонаторе гиротрона, заполненном фоновой плазмой. Волновое уравнение совместно с граничными условиями во входном и выходном сечениях резонатора (условиями излучения) решено численно. Обнаружено, что плазма в резонаторе приводит к уменьшению резонансных частот квази-ТЕ мод. Для рабочей моды гиротрона расчетная величина смещения частоты хорошо согласуется с экспериментально наблюдаемой величиной. Получено дисперсионное уравнение, описывающее линейную стадию циклотронной неустойчивости пучка электронных осцилляторов в цилиндрическом плазменном волноводе, находящемся в конечном магнитном поле. С его помощью численно исследовано влияние фоновой плазмы на линейные временные инкременты и области циклотронной неустойчивости квази-ТЕ мод. Найден вид линейного уравнения возбуждения поля квази-ТЕ волны пучком электронных осцилляторов в плазмонаполненном резонаторе гиротрона. Для различных значений параметров гиротрона и плотности фоновой плазмы в резонаторе численно определены граничные токи (стартовые токи), при которых решение линейного уравнения возбуждения удовлетворяет условиям излучения. Получена система нелинейных уравнений гиротрона, описывающая стационарную одномодовую генерацию квази-ТЕ моды резонатора, заполненного плазмой. С ее помощью проведен численный анализ изменений КПД и выходной мощности гиротрона, вызванных присутствием фоновой плазмы в резонансной структуре генератора. Найдено, что изменение рабочих характеристик гиротрона под влиянием плазмы обусловлено, индуцируемыми плазмой, эффектами уменьшения частоты генерации и коэффициента связи пучка с рабочей модой.

Ключевые слова: магнитоактивная плазма, волновод, резонатор, гиротрон, циклотронная неустойчивость, квази-ТЕ моды.