Теоретическое и экспериментальное исследование мазеров на циклотронном авторезонансе миллиметрового диапазона длин волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

На правах рукописи

САМСОНОВ Сергей Викторович

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАЗЕРОВ НА ЦИКЛОТРОННОМ АВТОРЕЗОНАНСЕ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

01.04.04 — физическая электроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород — 1996

Работа выполнена в Институте прикладной физики РАН (г. Нижний Новгород).

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук В Л. Братман

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.А. Черепенин

кандидат физико-математических наук А.Л. Гольденберг

Ведущее предприятие:

ИСЭ СО РАН (г. Томск)

Защита состоится " 13 " мая 1996 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 003.38.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в Институте прикладной физики РАН (603600 г. Нижний Новгород ул. Ульянова 46).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики РАН.

Автореферат разослан " 12 " апреля 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета

и

А.М.Белянцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы. Для решения ряда актуальных физических и технических проблем, таких, как нагрев и диагностика плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза, ускорение элементарных частиц до высоких энергий, исследование свойств различных сред и синтез новых материалов, очистка и поддержание химического состава атмосферы и др. [1*-3*] требуются источники мощного когерентного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Одним из таких источников, обладающим в указанном диапазоне рядом важных преимуществ перед другими типами источников, являются мазеры на циклотронном авторезонансе (МЦАР) [4*-7*].

МЦАР является разновидностью мазеров на циклотронном резонансе (МЦР), т.е. электронных СВЧ приборов, основанных на индуцированном циклотронном излучении электронов-осцилляторов, движущихся во внешнем магнитостатическом поле. Одновременно МЦАР является разновидностью мазеров на свободных электронах (МСЭ) - релятивистских СВЧ приборов, в которых используется высокое доплеровское преобразование частоты колебаний частиц. В отличие от наиболее развитой разновидности МЦР - гиротрона, электроны в МЦАР, как и в других разновидностях МСЭ, взаимодействуют с волной, распространяющейся под малым углом к направлению их поступательной скорости, благодаря чему частота волны может существенно превышать циклотронную частоту электронов. Это определяет преимущество МЦАР перед гиротроном в возможности достижения короткой длины волны излучения при использовании более низких магнитных полей. Кроме того, в процессе энергообмена частиц с полем синхронной волны изменение циклотронной частоты электронов в МЦАР частично компенсируется изменением доплеровской частотной поправки, благодаря чему поддерживается длительный резонанс' частиц с волной (авторезонанс [8*, 9*]), и возможно достижение высокой эффективности МЦАР при сколь угодно -большой энергии электронов, в отличие от гиротрона, электронный "КПД которого падает при существенно релятивистских скоростях частиц.

Несмотря на то, что циклотронная частота электронов уменьшается с ростом их энергии, и вследствие этого доплеровское преобразование частоты в МЦАР растет пропорционально только первой степени энергии частиц, освоение миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн на высоком уровне мощности с помощью МЦАР представляется более простой задачей, чем создание для этих целей МСЭ, основанных на индуцированном ондуляторном излучении, -убитронов, доплеровский частотный выигрыш в которых пропорционален квадрату энергии. Дело в том, что период ондулятора в мощных убитронах из-за технических трудностей ограничен, как правило, несколькими сантиметрами, соответственно для генерации субмиллиметровых волн необходимы электронные пучки с энергией порядка 3-10 МэВ. В то же время техника получения сильных магнитных полей позволяет сравнительно легко достичь очень высокой частоты колебаний электронов (циклотронной частоты) в МЦАР, и соответственно, получить ту же длины волны, что и в убитроне, при меньшей энергии частиц 0.5-2 МэВ (что определяет существенно меньшие габариты и стоимость установок).

Однако уровень электронного КПД, достигнутый в экспериментах с МЦАР, был до недавнего времени в несколько раз ниже, чем КПД, продемонстрированный в лучших экспериментах с МСЭ-убитронами миллиметрового диапазона длин волн. Так, в Ливерморской национальной лаборатории (США) был реализован убитрон-усилитель с КПД 34% [10*]. Этот убитрон работал в так называемом режиме захвата и адиабатического торможения частиц [23*]. В Массачусетсском технологическом институте (США) был создан убитрон с комбинированным ондуляторным и "обратным" (вызывающим встречное вращение частиц) ведущим магнитным полем, обеспечивший КПД 27% [11*] (одновременно или даже немного раньше аналогичные результаты были получены в ОИЯИ [12*]). В то же время для МЦАР, для которого согласно теории [6*,7*,13*,14*] даже в простейших вариантах достижима не меньшая эффективность и, кроме того, возможно использование аналогичных методов повышения КПД (например, захвата и адиабатического торможения при использовании профилирования магнитного поля [15*]), до

недавнего времени в эксперименте КПД не превышал 4% для генераторов [16*-20*] и 6% для усилителей [21*,22*].

Теоретический анализ показывает, что после решения проблемы дискриминации паразитных мод наиболее существенным эффектом, влияющим на КПД МЦАР и убитрона, является разброс поступательных скоростей частиц. В отмеченных успешных экспериментах с убитронами, в отличие от большого числа экспериментов, где КПД был существенно ниже 10%, использовались селекторы частиц, пропускающие в рабочее пространство лишь часть электронного пучка, обладающую существенно меньшим разбросом, чем исходный пучок. Кроме того, как уже указывалось, в этих экспериментах использовались специфические режимы работы, менее критичные к разбросу частиц. До недавнего времени обе эти возможности не использовались в МЦАР.

В связи с этим особое внимание в данной работе уделяется решению проблем, позволяющих продемонстрировать основные преимущества МЦАР как перед гиротронами, так и перед МСЭ-убитронами.

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование основных проблем, возникающих при создании МЦАР, и методов их решения, а также реализация МЦАР миллиметрового диапазона длин волн с высоким уровнем выходной мощности, высоким доплеровским преобразованием частоты и высоким электронным КПД. В рамках этой задачи в настоящей работе были проведены:

- анализ влияния скоростного разброса частиц на КПД и оптимальные параметры МЦАР с различной продольной структурой высокочастотного поля, а также возможности повышения электронного КПД и снижения критичности МЦАР к скоростному разбросу частиц при профилировании магнитного поля или фазовой скорости волны;

- анализ эффективности использования в МЦАР-усилителях электродинамических систем с распределенными потерями для повышения устойчивости к самовозбуждению паразитных колебаний;

- изучение эффектов пространственного заряда, в частности, неустойчивости отрицательной массы при релятивистских

скоростях частиц и учете собственных вихревых полей потока электронов, осциллирующих в магнитном поле;

- исследование электронно-оптических систем МЦАР, позволяющих формировать сильноточные электронные пучки с необходимой поперечной скоростью частиц при малом скоростном разбросе;

- экспериментальное исследование МЦАР-генераторов миллиметрового диапазона длин волн, включающее в себя реализацию новых методов формирования электронных пучков с малым скоростным разбросом, методов повышения электронного КПД и обеспечения устойчивой одномодовой генерации.

Научная новизна.

1. Для генераторов, основанных на инерционной группировке частиц, определена область параметров эффективного применения метода отражения частиц от потенциального барьера, образованного волной, который реализуется при профилировании параметра расстройки синхронизма электронов с волной. На основе этого метода для МЦАР продемонстрирована возможность существенного повышения электронного КПД в сочетании с высокой, устойчивостью к самовозбуждению паразитных гиротронных" колебаний при использовании рабочего волновода в виде расширяющегося конуса.

2. Для МЦАР-усилителей теоретически показана возможность более эффективного, чем в черенковских ЛБВ, использования электродинамических систем с распределенными потерями для повышения устойчивости к самовозбуждению паразитных колебаний.

3. Развита модель, позволяющая описывать эффекты высокочастотного пространственного заряда в МЦР при релятивистских скоростях частиц, когда наряду с кулоновским существенны вихревые поля электронного пучка. С учетом вихревых полей найдена зависимость инкрементов неустойчивости собственных колебаний пучка от энергии частиц и номера циклотронной гармоники. Найдено поле элементарного источника в виде заряженной плоскости, движущейся с произвольной релятивистской скоростью, и

исследованы ее циклотронные осцилляции с учетом радиационных потерь.

4. Предложен и использован в эксперименте метод компенсации паразитных поперечных пульсаций в электронном пучке, более эффективный, чем использование традиционных магнитных и электростатических линз. Разработаны и реализованы в эксперименте методы раскачки первоначально прямолинейных электронных пучков до необходимой поперечной скорости с помощью коротких неадиабатических систем (кикеров), слабо чувствительных к позиционному разбросу частиц.

5. В экспериментах с МЦАР продемонстрирована высокая эффективность новых электродинамических методов, обеспечивающих устойчивую одномодовую генерацию.

6. Впервые в эксперименте получен электронный КПД МЦАР, близкий к теоретическому значению для идеального электронного пучка.

Практическая ценность. Полученные в процессе выполнения диссертационной работы результаты могут быть использованы при разработке высокоэффективных МЦАР и МСЭ миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, а также при создании электронно-оптических и электродинамических систем различных электронных СВЧ приборов.

Использование результатов работы. Результаты проведенных в работе исследований используются в экспериментах с МЦАР, проводимых в Стратклайдском университете (Великобритания), при проектировании электронно-оптической системы релятивистского гиротрона для спектроскопических исследований (ИПФ РАН), а также были использованы при выполнении работ по грантам №1185000, №1185300 Международного научного фонда и №93-02-842 Российского фонда фундаментальных исследований.

Публикации и апробация результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1-25] и докладывались на VI и VII Семинарах "Высокочастотная релятивистская электроника" (Свердловск, 1989; Томск, 1991), Всесоюзном семинаре "Волновые и колебательные явления в электронных приборах О-типа" (Ленинград, 1990), Всесоюзной конференции

по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 1991), IX Симпозиуме по сильноточной электронике (т/х Екатеринбург-Москва, 1992), 8-10-й Международных конференциях по мощным пучкам частиц (Новосибирск, 1990; Вашингтон, США, 1992; Сан-Диего, США,

1994), II Международной рабочей встрече "Мощные микроволны в плазме" (Н.Новгород, 1993), 19-й и 20-й Международной конференциях по инфракрасным и миллиметровым волнам (Сендай, Япония, 1994; Орландо, США,

1995), 16-й и 17-й Международной конференциях по лазерам на свободных электронах (Стэнфорд, США, 1994; Нью-Йорк, США, 1995), Всероссийском семинаре по физике микроволн (Н.Новгород, 1996), а также на внутренних семинарах ИПФ РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем диссертации составляет 191 страницу, включая 117 страниц основного текста, 72 рисунка, размещенных на 63 страницах, и список литературы, который содержит 118 наименований и размещен на 9 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и сформулирована цель работы. Кратко, по главам, изложено содержание диссертации.

В первой главе на основе оценок и численных расчетов определены оптимальные параметры МЦАР с учетом скоростного разброса частиц. Для различной продольной структуры высокочастотного поля синхронной волны определены значения скоростного разброса, существенно снижающие КПД МЦАР (п.1.1).

В п. 1.2 изучен метод повышения электронного КПД и снижения критичности приборов к скоростному разбросу частиц, основанный на профилировании вдоль пространства взаимодействия параметра расстройки синхронизма электронов с волной, причем в противоположную сторону по сравнению с более известным методом захвата и адиабатического торможения частиц. При соответствующих параметрах электроны, не захватываясь, отражаются от эффективного

элементарного источника в виде заряженной плоскости, движущейся с произвольной скоростью. Для случая малой концентрации потока получена система усредненных нелинейных самосогласованных уравнений, описывающих развитие одномерных флуктуаций поля пространственного заряда. Для линейной стадии найдены поправки к циклотронным гармоникам частоты собственных колебаний потока. Показано, что инкремент неустойчивости, обусловленной эффектом отрицательной массы, уменьшается с ростом поступательной скорости электронов. При релятивистских скоростях частиц существенную роль играют вихревые поля. Учет эффектов, связанных с этими полями, в частности излучения, уносящего энергию от потока, качественно меняет зависимость инкремента от энергии частиц и номера циклотронной гармоники.

В приложениях к гл.Н с учетом радиационных потерь исследовано самосогласованное движение плоскости, образованной зарядами, синфазно осциллирующими в однородном магнитном поле; в синхротронном пределе изучена эволюция спектра излучения плоскости в процессе высвечивания энергии (П.1); найдены усредненные компоненты электрического поля пространственного заряда (П.П); рассмотрено асимптотическое поведение инкрементов неустойчивости поля пространственного заряда электронного потока на высоких гармониках циклотронной частоты и, в частности, в синхротронном пределе (П.III).

В главе II изучаются электронно-оптические системы, позволяющие формировать электронные пучки, необходимые для эффективной реализации МЦАР.

В п. 2.1 теоретически исследованы основные закономерности раскачки прямолинейного электронного пучка с помощью коротких неадиабатических систем (кикеров), сообщающих частицам необходимую вращательную скорость в ведущем магнитном поле. При выборе оптимальной конфигурации кикер является слабо критичным к позиционному разбросу частиц. Показано, что основной причиной скоростного разброса электронов при раскачке в такой системе может являться начальная паразитная поперечная скорость частиц.

Предложен метод эффективной компенсации ламинарных параксиальных пульсаций тонкого сплошного пучка, возникающих при его формировании во внешнем магнитном поле. Метод основан на использовании небольшой (длиной в половину ларморовского шага электронов) корректирующей катушки малого диаметра, радиальное магнитное поле которой, сосредоточенное вблизи ее краев, неадиабатически - двумя сфазированными ударами - останавливает паразитное циклотронное вращение всех частиц пучка. Для конфигурации двухэлектродной пушки со взрывоэмиссионным катодом, использовавшейся в эксперименте с МЦАР, рассчитаны параметры корректирующей катушки, компенсирующей поперечные осцилляции в пучке, обусловленные рассеивающим действием анодного отверстия (п.2.2).

В п.2.3 для случая, когда "неидеальный" кикер с поперечно-неоднородным полем раскачивает "неидеальный" пучок с начальными ламинарными пульсациями, показана возможность оптимального согласования электронного пучка и кикера, когда оба фактора, приводящие к скоростному разбросу в значительной степени компенсируют друг друга.

Глава III посвящена описанию серии из трех экспериментов по исследованию МЦАР-генераторов миллиметрового диапазона длин волн, направленных на получение высокой мощности излучения за счет увеличения размеров электронного пучка и поперечного сечения электродинамической системы; повышение доплеровского преобразования частоты при увеличении энергии частиц и приближении фазовой скорости волны к скорости света; получение высокого электронного КПД за счет уменьшения скоростного разброса частиц.

На сильноточном ускорителе прямого действия "Синус-6" (ИПФ РАН) при использовании пучка с энергией частиц 400 кэВ, током 600 А и длительностью импульса около 20 не был реализован МЦАР-генератор на моде цилиндрического волновода Н51 с длиной волны 8.3 мм, выходной мощностью

около 25 МВт и КПД 10% (п.3.1). Также, как и в первых работах по МЦАР, в данном эксперименте первоначально прямолинейный трубчатый пучок формировался в коаксиальном диоде с магнитой изоляцией. Для раскачки пучка использовалась новая короткая система раскачки (кикер), состоящая из внутренней и внешней по отношению к пучку

катушек с током, которая создавала близкое к однородному распределение поперечного компонента магнитного поля в области прохождения пучка и обладала малой критичностью по отношению к позиционному разбросу частиц. Было показано, что экспериментально измеренный скоростной разброс частиц в основном обусловлен наличием больших начальных поперечных скоростей электронов в пучке, формируемом с кромки взрывоэмиссионного катода. Более высокий, чем в первых экспериментах, КПД был достигнут в основном за счет увеличения вращательной скорости частиц (рх = 0.45) при меньшем доплеровском преобразовании частоты (Г = 2) и меньшей длине пространства взаимодействия (число циклотронных осцилляций электронов N=6-7). В эксперименте была продемонстрирована возможность реализации МЦАР на высокой моде при наличии синхронизма пучка с паразитными низкочастотными модами на основном циклотронном резонансе. Среди методов предотвращения паразитного самовозбуждения наиболее эффективным оказалось использование конического волновода в сочетании с укорочением пространства взаимодействия для паразитных мод за счет использования очень короткого волноводно'го рефлектора нового типа, основанного на эффекте резонансного отражения волны от высокодобротного резонатора.

В эксперименте на базе линейного индукционного ускорителя (Объединенный институт ядерных исследований, г.Дубна) за счет использования пучка с более высокой энергией частиц примерно при той же величине магнитного поля, что и в предыдущем эксперименте, был реализован МЦАР-генератор на более короткой волне и, соответственно, с более высоким доплеровским преобразованием частоты (п.3.2). При использовании резонатора, образованного двумя брэгговскими отражателями и участком гладкого цилиндрического волновода между ними, была исследована работа МЦАР на низшей моде Нг1 в двух режимах, отличавшихся типом волны обратной связи

и параметрами электронного пучка. В первом режиме при энергии пучка 1.2 МэВ, токе 500 А и магнитном поле 10 кЭ мощность излучения на волне 4.4 мм (доплеровское преобразование частоты Г =7.7) достигала 50 МВт при электронном КПД 8%. Во втором режиме, когда дисперсионные Характеристики пучка и волны касались друг друга, при энергии

пучка 1 МэВ, токе 300 А и магнитном поле 7 кЭ мощность излучения на волне 6 мм (доплеровское преобразование частоты Г = 8.3) составляла 30 МВт при КПД 10%. В эксперименте использовался тонкий сплошной электронный пучок, который приобретал вращательную скорость в кикере, слабо чувствительном к позиционному разбросу частиц. Основной причиной скоростного разброса в пучке, не позволившего реализовать более высокий КПД МЦАР, так же, как и в предыдущем эксперименте, по-видимому, являлось недостаточно высокое качество исходного прямолинейного пучка. Кроме того, в этом эксперименте серьезную проблему представляла паразитная циклотронная суперлюминисценция пучка на частотах, близких к рабочей, не позволявшая получать стабильную одночастотную генерацию при вращательной скорости частиц выше значения Р± = 0.25. Уровень паразитного излучения был существенно ниже, а рабочая генерация устойчивее в более длинноволновом режиме МЦАР при касании дисперсионных характеристик пучка и волны.

Опираясь на имеющийся опыт экспериментального исследования МЦАР и более тщательный анализ формирования в первую очередь прямолинейного электронного пучка, на базе ускорителя "Синус-6" был проведен эксперимент, в котором впервые удалось реализовать МЦАР-генератор с КПД, близким к теоретическому значению для идеального пучка. В этом эксперименте при использовании тонкого сплошного электронного пучка с энергией частиц 500 кэВ и током 100 А, была получена генерация МЦАР на моде Нг1 цилиндрического волновода с мощностью 13 МВт и электронным КПД 26% на длине волны 7.9 мм (п.3.3). Основной чертой эксперимента, позволившей достичь высокого КПД, являлось существенное улучшение качества исходного прямолинейного пучка. Из полного тока магнитоизолированного диода использовалась лишь малая часть, прошедшая в центральное анодное отверстие и содержащая частицы с малыми поперечными скоростями. Использование описанной в гл.II корректирующей катушки, компенсирующей рассеивающее действие анодной диафрагмы, позволило дополнительно улучшить качество пучка и повысить электронный КПД. Так же, как и в предыдущих экспериментах, для раскачки пучка использовался слабо критичный к позиционному разбросу частиц короткий кикер. Выбор в

качестве рабочей, основной моды цилиндрического волновода, а также сокращение длины пролета раскачанного пучка до 7-8 ларморовских шагов (из которых около 5 - в рабочем пространстве МЦАР) позволило увеличить поперечную скорость частиц до значения = 0.55 без возбуждения паразитных колебаний и при низком уровне суперлюминисценции. Эти обстоятельства (более высокая вращательная скорость частиц и короткая длина взаимодействия) также способствовали повышению уровня КПД МЦАР по сравнению с предыдущими экспериментами.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации, которые одновременно являются положениями, выносимыми на защиту.

Основные результаты, выносимые на защиту.

1. Для МЦАР-генераторов с различной продольной структурой высокочастотного поля синхронной волны найдены оптимальные параметры с учетом скоростного разброса частиц. Изучен метод повышения электронного КПД и снижения критичности к скоростному разбросу частиц, основанный на отражении электронов от эффективного потенциального барьера, образованного волной, который реализуется при профилировании магнитного поля или фазовой скорости волны. Для МЦАР-генератора с рабочим волноводом в виде расширяющегося конуса применение этого метода приводит к повышению КПД в 1.5-2 раза при одновременном подавлении паразитных гиротронных колебаний.

2. Показано, что при использовании в МЦАР-усилитсле электродинамической системы с распределенными потерями может быть обеспечен высокий коэффициент усиления при отсутствии паразитного самовозбуждения встречных и квазикритических волн. Эффективность этого метода дискриминации паразитных мод за счет сокращения длины сосредоточения их полей выше, чем для черенковской ЛБВ, вследствие возрастания роли силовой группировки частиц, приводящей при определенных параметрах к преобладанию циклотронного поглощения волны над излучением.

3. Развита модель, позволяющая описывать эффекты высокочастотного пространственного заряда в МЦР при

релятивистских скоростях частиц, когда наряду с кулоновским существенны вихревые поля электронного пучка. Вихревые поля качественно меняют зависимость инкрементов неустойчивости собственных колебаний пучка (эффект отрицательной массы) от энергии частиц и номера циклотронной гармоники. Найдено поле элементарного источника в виде заряженной плоскости, движущейся с произвольной релятивистской скоростью, и исследованы ее циклотронные осцилляции с учетом радиационных потерь.

4. Исследованы закономерности раскачки электронов до необходимой вращательной скорости в ведущем магнитном поле с помощью коротких неадиабатических систем (кикеров). Предложены методы уменьшения скоростного разброса частиц в процессе раскачки, в том числе, метод компенсации скоростного разброса, обусловленного начальными поперечными пульсациями пучка, соответствующей поперечной неоднородностью поля кикера. Для формирования тонкого прямолинейного пучка с малыми паразитными поперечными осцилляциями во внешнем магнитном поле предложен и реализован в эксперименте метод "компенсирующих ударов" со стороны магнитного поля корректирующей катушки.

5. На базе сильноточных электронных ускорителей с длительностью импульсов десятки наносекунд выполнена серия экспериментов с МЦАР-генераторами, направленных на:

- повышение мощности излучения путем увеличения размеров электронного пучка и поперечного сечения электродинамической системы;

- повышение доплеровского преобразования частоты при увеличении энергии частиц и приближении фазовой скорости волны к скорости света;

- повышение электронного КПД за счет уменьшения скоростного разброса частиц.

На волне 8.3 мм получена одномодовая генерация на высокой моде цилиндрического волновода н51 с мощностью

25 МВт при КПД 10%. На волнах 4.4 и 6.0 мм получено излучение с доплеровским преобразованием частоты около 8 мощностью 30-50 МВт при КПД 8-10%. На волне 7.9 мм реализован МЦАР с рекордным КПД 26% при выходной мощности 13 МВт.

9. Bratman V.L., Denisov G.G., Ofitserov M.M., Petelin M.I., Samsonov S.V. Concept of submillimeter wavelength CARM // Nucl. Inst, and Meth. A, -1995. -V.358, N.l-3. P.135-138.

10.Samsonov S.V. A method to form a rectilinear electron beam with small pulsations for free electron masers // IntJ. of Infrared and Millimeter Waves. -1995. -V.16, N.4. P.753-761.

11. Bratman V.L., Manuilov V.N., Samsonov S.V. A method of forming a high-quality electron beam for free electron masers. // Abstracts of 17th Int. Free Electron Laser Conference, New York, USA/1995, P.Wel-16.

12.Братман BJL, Мануйлов B.H., Самсонов С.В. Формирование электронного пучка с малыми циклотронными пульсациями для мазеров на свободных электронах. // ЖТФ. -1996 (в печати).

13.Bratman V.L., Manuilov V.N., Samsonov S.V. A method of forming a high-quality electron beam for free electron masers // Nucl. Instr. and Meth. A. -1996 (in press).

H.Cooke S.J., Cross A.W., He W., Phelps A.D.R., Bratman V.L., Samsonov S.V. Optimisation of electron-optical system for CARMs. // Digest of the 20th Int.Conf. on Infrared and Millimeter Waves, Orlando, USA, 1995, -P.435-436.

15. Bratman V.L., Denisov G.G., Kol'chugin B.D., Samsonov S.V., and Volkov A.B. CARM oscillator with improved microwave system // Digest of the 19th Int. Conference on Infrared and Millimeter Waves, Sendai, Japan, 1994, -P.81-82.

16. Bratman V.L., Denisov G.G., Kol'chugin B.D., Samsonov S.V., and Volkov A.B. 36 GHz, 10% Efficiency, High-Order Mode CARM Oscillator. // Proc. of the 10th Int.Conf. on High Power Particle Beams, San Diego, USA, 1994, -Vol.2, -P.978-981.

17.Denisov G.G., Lukovnikov D.A., Samsonov S.V. Resonant Reflectors for Free Electron Masers // IntJ. of Infrared and Millimeter Waves. -1995. -V.16, N.4. -P.745-752.

18.Братман В Л., Волков А.Б., Денисов Г.Г., Кольчугин Б.Д., Офицеров М.М., Самсонов С.В., Архипов О.В., Казача В.И., Красных А.К., Перелыитейн Е.А., Замрий А.В. Мазеры на

циклотронном авторезонансе со взрывоэмиссионными пучками // Тез. докл. IX симпоз. по сильноточной электронике, Россия, 1992, -С.204.

19.Bratman V.L., Denisov G.G., Ofitserov M.M., Samsonov S.V., and Arkliipov O.V., Kazacha V.l., Krasnykh A.K., Perel'stein E.A., Zamrij A.V. Cyclotron Autoresonance Maser with High Doppler Frequency Up-Conversion // Preprint J.I.N.R. E9-92-406, Dubna, 1992.

20.Bratman V.L., Denisov G.G., Ofitserov M.M., Samsonov S.V., and Arkliipov O.V., Kazacha V.l., Krasnykh A.K., Perel'stein E.A., Zamrij A.V. Cyclotron Autoresonance Maser with High Doppler Frequency Up-Conversion // Int.J. of Infrared and Millimeter Waves. -1992. -V.13, N.12. -P.1857-1873.

21.Bratman V.L., Kol'chugin B.D., Samsonov S.V., Volkov A.B. Experimental demonstration of high efficiency CARM operation // Preprint of Institute of Applied Physics N 371, Nizhny Novgorod, 1995.

22.Bratman V.L., Denisov G.G., Kol'chugin B.D., Samsonov S.V., and Volkov A.B. High-efficiency CARM // Abstracts of 17th International Free Electron Laser Conference, New York, USA, 1995, -P.Mo4-4.

23.Bratman V.L., Denisov G.G., Kol'chugin B.D., Samsonov S.V., and Volkov A.B. Experimental demonstration of high-efficiency cyclotron-autoresonance-maser operation // Phys.Rev.Lctt. -1995, -V.75, N.17. -P.3102-3105.

24.Bratman V.L., Denisov G.G., Kol'chugin B.D., Samsonov S.V., and Volkov A.B. High-efficiency CARM. // Nucl.Instr. and Meth. A. -1996 (in press).

25.Братман B.JI., Самсонов C.B. Повышение эффективности мазеров на циклотронном авторезонансе (МЦАР); создание прототипов МЦАР миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн для нагрева и диагностики плазмы в установках -управляемого термоядерного синтеза. // Сб. отчетов по научным проектам МНТП России "Физика микроволн" за 1995 год. -Н.Новгород: ИПФ РАН. -Т.1. -С.14-19.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1*. Application of High-Power Microwaves. Ed. by A.V.Gaponov-Grekhov and V.L.Granatstein. Norwood, MA: Artech House, 1994.

2*. Benford J. and Swegle J. High-Power Microwaves. Norwood, MA: Artech House, 1992.

3*. Vikharev A.L., Litvak A.G., et al. Modeling of plasma chemical processes in the artificial ionized layer in the upper atmosphere by the nanosecond corona discharge // Phys.Lett. -1993. -V.179. P.122-127.

4*. Петелин М.И. К теории ультрарелятивистских мазеров на циклотронном авторезонансе. // Изв.вузов - Радиофизика. -1974. -Т. 17, N.6. -С. 902-908.

5*. Bratman V.L., Ginzburg N.S., Petelin M.I. Common properties of free electron lasers // Optics Commun. -1979, -V.30, N.3. -P.409-412.

6*. Братман ВЛ., Гинзбург H.C., Нусинович Г.С., Петелин М.И., Юлпатов В.К. Циклотронные и синхротронные мазеры // Релятивистская высокочастотная электроника. -Горький: ИПФ АН СССР, 1979. -Вып.1. -С.157-216.

7*. Bratman V.L., Denisov G.G., Ginzbuig N.S., Petelin M.I. FEL's with Bragg Reflection Resonators. Cyclotron Autoresonance Masers Versus Ubitrons // IEEE J. of Quant. Electron. -1983, -

V.QE-19, N.3, -P.282-296.

>

8*. Коломенский A.A., Лебедев A.H. Авторезонансное движение частиц в плоской электромагнитной волне. // ДАН СССР. -1962. Т. 145, N.6. -С. 1259-1231.

9*. Давыдовский В.Я. О возможности резонансного ускорения заряженных частиц электромагнитными волнами в постоянном магнитном поле. // ЖЭТФ. -1962. -Т.43, N.3(9). -С.886-888.

10*. Oizechowski T.J., Anderson B.R., Clark J.C., et al. High-Efficiency Extraction of Microwave Radiation from a Tapered-Wiggler Free-Electron Laser // Phys. Rev. Lett. -1986. -V.57, N.17. -P. 2172-2175.

11*. Conde M.E., and Bekefi G. Amplification^ and Superradiant Emission from a 33.3 GHz Free Electron Laser with a Reversed Axial Guide Magnetic Field // IEEE Trans, on Plasma Science. -1992. -V.20. N.3. -P.240-244.

12*. Каминский A.A., Каминский A.K., Рубин С.Б. и др. Исследование ЛСЭ с сильной спиральной накачкой и обратным ведущим полем. // Релятивистская высокочастотная электроника. Вып.7. Н.Новгород: ИПФ РАН, 1993. -С.60-80.

13*. Братман BJL, Новожилова Ю.В., Сергеев A.C. К теории мазеров на циклотронном авторезонансе с квазиоптическими резонаторами // Изв. вузов. Радиофизика.-1987.-Т.ЗО, N.10. -С.1261-1270. .

14*. Bratman V.L., Ginzbuig N.S., Nusinovich G.S., Petelin M.I., Strelkov P.S. Relativistic gyrotrons and cyclotron autoresonance maséis // Int. J. Electronics. -1981. V.51, N.4. -P.541-567.

15*. Братман BJL, Гинзбург H.C., Савилов A.B. Режим захвата и адиабатического торможения частиц в релятивистских МЦР с профилированным матито статическим полем // Релятивистская высокочастотная электроника. Вып.7. Н.Новгород: ИПФ РАН, 1993. -С.22-39.

16*. Ботвинник И.Е., Братман BJL, Волков А.Б., Гинзбург Н.С., Денисов Г.Г., Кольчугин Б.Д., Офицеров М.М., Петелин М.И., Мазеры на свободных электронах с брэгговскими резонаторами // Письма в ЖЭТФ.-1982.-Т.35, N.10, -С.418-420.

17*. Братман BJL, Денисов Г.Г., Офицеров М.М. Мазеры на циклотронном авторезонансе миллиметрового диапазона волн // Релятивистская высокочастотная электроника. -Горький: ИПФ АН СССР.-1983.-Вып.З.-С.127-159.

18*. Caplan М., Kulke В., Westenskow G.A., McDermott D.B., and Luhmann N.C. Induction-Linac-Driven, , Millimeter-Wave CARM Oscillator // Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, -1990. -UCRL-53689-90. . -

19*. Fliflet A.W., McCowan R.B., Sullivan СЛ., Kirkpatrick. D.A., Gold C.H., and Manheimer W.M. Development of high power CARM oscillators // Nucl. Instr. and Meth. A. -1989. -V. 285. -P.233-238.

20*. Alberti S., Danly B.G., Gulotta G., Giguet E., Kimura Т., Menninger W.L., Rullier J.L., and Temkin RJ. Experimental Study of a 28 GHz High-Power Long-Pulse Cyclotron Autoresonance Maser Oscillator // Phys.Rev.Let. -1993. -V.71, N.13. -P.2018-2021.

21*. Братман BJI., Денисов Г.Г., Коровин С.Д., Мовшевич Б.З., Полевин С.Д., Ростов В.В., Сморгонский! А.В. Экспериментальное исследование МЦАР-усилителя // • Релятивистская высокочастотная электроника. - Горький: ИПФ АН СССР, 1990. -Вып.6. -С.202-216.

22*. Bekefi G., DiRienzo A., Leibovitch С., and Danly B.G. A 35 GHz Cyclotron Autoresonance Maser (CARM) Amplifier // Appl. Phys. Lett. -1989. -V.54. -P.1302-1304.

23*. N.M.Kroll, P.L.Morton, M.N.Rosenbluth. Variable parameter free-electron laser.// Phys.QuantElectron -1980. -V.7, -P.81-112.

24*. Базылев B.A., Головизнин B.B. О возможности реализации лазера на свободных электронах на эффекте вынужденного черенковскош излучения // Физика плазмы. -1986. -Т. 12, N.2. -С.178-185.

25*. Гинзбург Н.С., Сергеев А.С., Сморгонский А.В. Методы оптимизации лазеров и мазеров на свободных электронах // . Лекции по электронике СВЧ и радиофизике: 7-я зимняя школа-семинар инженеров. Саратов. -1987. -Кн.2. -С.74-84.