Физические процессы в мощных сверхвысокочастотных электронных системах с магнитной изоляцией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

М.: (, О

САРАТЬВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.Н.ГЛЕРНЫШЕВСК.ОГО

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В МОЩНЫХ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ С МАГНИТНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

0i.04.03 - Радиофизика 05.27.02 — Вакуумная и плазменная элехтроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

На прапах рукописи

НЕЧАЕВ Владислав Евгеньевич

Саратов - 1992

Работа выполнена в Институте прикладной физики РАН, г.Нижний Новгород.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор А.М.КАЦ

Ведущее предприятие: Институт сильноточной электроники

СО РАН, г.Томск

Защита состоится " * с#.глЛ/Л 1992 г. в 15.30 часов на заседании специализированного совета Д 063.74.01 в Саратовском Государственном университете по адресу: 4ЙЮ71, г.Саратов, ул.Астраханская, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СГУ.

Автореферат разослан1992 г.

доктор физико-математических наук профессор А.Н.ЛЕБЕДЕВ

доктор физико-матемг. ических наук член-корреспондент РАН Д.И.ТРУБЕЦКОВ

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физ.-мат. наук^доцент

В.М. АНИКИН

РОССИЙСКАЯ

?гг < ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

г* •

А

В диссертационной работе раззявается перспективное напрэвле-ие в сх5ласти радиофизики, вакуумной и плазменной электроники -сследование интенсивных потоков заряженных частиц, в сверхвысоко-астотных релятивистских системах с магнитной изоляцией. Огановле-иэ этого направления связано с применением сильноточных релятиви-тских электронных пучков СРЭГО для генерации микроволнового излу-екия большой мощности.

Актуальность темы. Современные сильноточные электронные уско-ители (СЭУ) предоставляют возможность достижения импульсных новостей РЭП порядка 10*2 Вт с энергией до 10® Дх. Благодаря столь-нушительным энергетические характеристикам сильноточные пучки, ак хорошо известно, находят широкое применение в различных науч-ых исследованиях и в технике. Одним из наиболее успешно развива»-ихся приложений для интенсивных РЗП стала высокочастотная реляти-истская электроника. За два десятилетия были созданы СВЧ-генера-оры с мощностями излучения порядка Ю10 Вт на сантиметровых волах, 10® Вт на шшлиметровых волна/., свыше 30е Вт в инфракрасном иапазоне. Эти достижения и дальнейший: прогресс экспериментальной ВЧ-злектроники больших мощностей в значительной степени базируггг-я на исследованиях процессов внутри интенсивных релятивистских этоков, формируемых обычно со взрывозмиссионных катодов и направ-яемых сильны.« сторонними магнитньэ.ш полыми. Сильные магнитные эля ограничивают поперечные дрейфовые и осцилляторнкэ смещения лектроков на уровнях, существенно меньших характерных поперечных азмэров систем {зазоры в инжекторах, расстояния от РЭП до стенок знала транспортировки и т.д. ), а также способствуют подавлению эперечных волновых неустойчивостей РЭП. Обусловленное зтими Си экоторыми другими) причинам! широкое применение систем с магнит-эй изоляцией в релятивистской СВЧ-электронике поставило в семиде-ятых годах целый ряд проблем и задач, образовавших в совокупности рачительный раздел исследований в физике интенсивных потоков за- . чяенных частиц.

Задачи работы. Из обширного круга проблем, выдвигаемых прак-жой использования ыагнитоизолированных СВЧ-спстем, в настоящей аботе исследованы, как нам представлялось, ключевые - формирова-яе и транспортировка интенсивных РЭП, а также актуальные смежные генерация мошного СВЧ-излучения потоком непосредственно в реля-

тивкстском диоде в шпаггостатическом поле СрелятивитивистсклЯ ьагнетрок), динамика пристеночных СВЧ-разрядов.

Первоочередные задачи работы связывались с необходимостью построения теории устойчивой транспоргировки интенсивного РЭП и его формирования с требуемыми для модных генераторов СВЧ характеристикам;!. Известно, что эффективное преобразование энергии электронов в когерентное излучение при взаимодействии РЭП с полили различных электродинамических структур арестует создания стабильных Св течение рабочего импульса} пучков, главным образом, трубчатой конфигурации с четко определбнньв.а1. и управляемыми интегральными характеристиками, а также с .малым разбросам электронов по скоростям. Среди систем формирования интенсивных РЗП этим требованиям наиболее полно удовлетворяют бёсфольповые диоды с магнитной юоляцией (ДО®, в частности, коаксиальные (КДМИ)1. Однако существовавшая теория сильноточных РЭП не .Позволяла получать нужных сведений об интегральных и структурных ^характеристиках сформированного в КДМИ пучка Со токе, его поперечном распределении, энерпш электронов, расслоении по скоростям) в зависшлости от стороннего магнитного поля. Огкрьггым оставался вопрос о способах управления важнейшими параметрам РЭП, в том числе о рехупировке тока в канале при заданной геометрии пучка (без значительного изменения полного импеданса КЛЗИ11 ) но возможности выравнивания плотности тока в поперечном сечей [и пучка. Неясно было, как влияют на характеристики сформированного пучка потоки других частил. - ионов из коллекторной плазмы и отраженных от коллектора электронов. Недостаточно были изучены неустойчиво™ волновых колебания сильноточных РЭП (черенкоьских, циклотронных, диокоаронных и др. ) внутри различных дрейфовых каналов вакуумных СВЧ-сисгем, требовался анализ скоростей нарасгания колебаний в зависимости от тока РЭП, от его конфтурации и от ведущего мапштного поля.

Интерес к КД№ в злектронике больших модн остей не исчерпыва-

1 В КДМИ катодный цилиндр (полый или сплошной) обычно размещается внутри анодной трубил, взрывная эмиссия может и/.кэть место как с профилированной торцевой поверхности катода, обращенной в сторону, канала транспортировки, так и с боковой поверхности цилиндра. Медленность разлета прнкатодной плазмы поперек осевого магнитного поля обеспечивает, необходимую стабильность пучка в течени. сотен наносекунд; отсутствие рассеивающих элементов (типа фольги в планар-ном диоде) позволяет получать тонкостенные трубчатые пучки с малыми разбросами электронов по скоростям.

s

гея его рольп наиболее подходящей системы формирования РЭП для гже пролетных СВЧ-гекераторов. Известно, что энергии вращавщего-1 вокруг катода электронного потока шжно преобразовать нз эерэд-шемшо внутри мязкдуэлектроднего зазора в энергию ысэдных СВЧ-коле-ший - по аналопш с традиционными магнетронами. Однако для ретэ-т вопроса об энергетических воз тягостях реляпжистскш: ?.пгнет-экоз с различны?« частоте:.« излучения и для разработки наиболее эпесообразных их конструктивных вариантов нужно было дать реляти-кггекое обобщенна аналшичэской теории магнетрона, указать прин-ш выбора его оптимальных параметров с точки зрения приближения к сдельным мощностям излучения Сс учетом ограничивала факторов?.

В мощных СЗЧ-системах релятивистской электроники часто г.х>туг »даваться условия, благоприятствующие везникновешж пристеночных геричнс-зинсснонкых разрядов. которые поглощает знерпга СВЧ-колэ-ший, .могуг инициировать явления пробоя и ограничивать тем самым {ергэтическяе возмозсности систем. В этой связи появилась нзетоя-гльная потребность в анализе пристеночного разряда в изолирующем цтнггостатическсм полз: как для выяснения условий его возншено-:иия, так. и для определения характер«стак на развитой стадш.

В соответсташ с изложенными проблемами в диссертации расало->ены слздупц.ие основные группы зад^ч:

1. • Формирование и транспортировка сильноточных РЭП в мощных гнераторах и усилителях СВЧ.

Сада вклячени аналитические и численть:г решения задачи форми-!пания РЭП от эмиттнрув'дей поверхности катода КДМИ до однородной юти какала транспортировки, анализ возможных состояний и струк-р РЭП в вакуумных каналах с ведущим магнитным полем, расчет ели-гия встречных потоков частиц из коллекторной области на характе-¡стики пучка в КЛДО, нахождение путей управления рабочим током и ■о радиальных распределением.

2. Колебания и неустойчивости РЭП в каналах транспортировки -осевш магнитосгатичесюа.! полем.

Здесь содержится цикл исследования колебаний РЭП и их неус-1йчквостеП в различных каналах транспортировки, представляющих терзс для ряда приложений, в том числе и для релятивистских ямопролетных черепковских приборов, магнетронных систем, для орки пулъеащгй и фокусировки потоков.

3. Фкзичэские процессы в СВЧ-диодах с магнитной гзоляцией ояятиЕистские шгкетроны).

Сада отнесены результаты, составлявшие основу аналитической ории релятивистского магнетрона - одного из самых моэдох и зф?а-

ктивных генераторов в сантиметровом диапазоне длин волн - включа выяснение юс энергетических возможностей, определение оптимальны геометрических и электрических параметров.

4.Пристеночный вторично-эмиссионный СВЧ-разряд (ВЗРР) в юг тостатическом поле.

Здесь содержится анаши процессов в пристеночном ВЗРР на tía предложешых моделей и расчетов для стартовой и развитой стадий, определение основных параметров ВЗРР в ьагнигостатическом поле.

В совокупности выполненные исследования относятся к физике интенсивных потоков электронов в мощных СВЧ-системах с магнитной изоляцией. Изучение колебаний в активных средах, их неустойчивое тей, возможностей использования для генерации и усиления, анализ паразитных явлений в iUíva - всегда служили объектов исследований радиофизике и электронике. Трудно представить более характерную автоколебательнуо или усилительную систему, чем вакуумный СВЧ-пр бор. По своей сути « активная среда такой системы - поток электр нов - и электродинамическая структура являются связанными мезду codo» колебательными или волновыми системаш. fi? ибо лее сложные процессы имеит место в электронной потоке. И если для нерелятиви стских потоков основные задачи решены, то с появлением интенсивн РЭП большинство задач приходится решать как бы заново. Начинать, естественно, следует с "создания" активной среда, т. е формирован РЭП (первая группа задач, см.вше), используя методы, характер® для вакуумной и плазменной электроники. Следукций шаг - изучение различных неустойчивостей (вторая группа задач) в РЭП и в систеи РЭП-электродинашческая структура - требует использования методе традиционных для динамических систем в теории колебаний и волн. Исследования релятивистского магнетрона Стретья группа задачЗ и пристеночных разрядов (четвертая группа) также выполнены с прш.Е нением типичных радиофизических методов, включая методы теории ь лебаний, a сами объекты исследований и процессы в них характернь для вакуумной и плазменной электроники. Сказанное позволяет считать, что в части объекта и методов исследования диссертация отг сится к специальности Радиофизика", а в прикладной своей части t специальности "Вакуумная и плазменная электроника".

Цель работы. Цель» настоящей диссертационной работа явилоет исследование физических процессов в мощных электронных потоках СВЧ-систем с магнитной изоляцией, направленное на:

- создание оптимальных устройств формирования и транспортировки РЭП в микроволновых генераторах,

- определение областей существования и характеристик ochqbi

:ндов неустсАчнвостеЯ РЭП Сз каналах с ведущим магнитным полем),

- получение мощного когерентного излучения в высоковольтном шоде магкетронного Т1ша С релятивистском магнетроне),

- выяснение оснойных особенностей пристеночного СВЧ-раз ряда. Научная новизна. По переиисленным кьаие группам задач новизна

>эзультатоа кратко епсщител к следующему:

ь В отличи« от предшествовавших и проводившихся пара;шельпо забот транспортировка РЭП и его формирование на участке ускорения <Я№И здесь рассмотрены во изапмоссгласовашгай форме как для неог->анчченно сильных, так и для конечных сторонних магаггньос полей к. Ьучены интегральные и структурные (траектории, скорости, распре-шленпе плотности) характерисгакн РЭП и их эволюция с избиением «¡ешнет магнитного ио.чя л |,ео!.!епри)цеских параметров (профиля поверхности катода) КДЖ Получены аналитические |>еи:з1шя задачи фор-.'и^ювсшил РЭП в КДШ на сснове использования бел вихревых моделей Г справедливых при тонкостенном трубча'Х'ом катоде) и моделей с инте-¡снвным вихрем обобщенного импульса (при сильном замагничивании). вменено влияние вспречпых потоков частиц - элею-ронов и ионов из соллекторной области - на формирование РЭП в КДЩ Указаны практически полезные способы п^хэфшшгозанпя катодов КДМИ, позволяющие ¿фиктивно управлять велн-шноИ рабочею 'гака пучка и его попе|>еч-:(ым распределением, подавлять иаразшнче потоки злек-цзонов.

г. Найдены и сопоставлены инкрекекты сх:еспм\;етричны?{ и несим-дотрпчних колебаний РЭП в сх5ластях чу;>епковскоЯ и циклотронной не-усчиичивгхггеи внутри эзыеддяедих волноводов при различных магнитооптических полях н. Проанализировано влияние нерезонансного поля пря различна токах и конфигурациях сильно замагниченнога РЭП на эаскачку колесЗинпГ! вблизи резонанса \синхронизма) пучка с оснокноП •юлой. Проведен расчет и дач анализ длокотрогшоЛ неуо-тЛчивости грубчлаых РЭП на нулекоП частоте с учечим собственных магжпюста-гнческих полей пучка, найдены характерчепиш нарастания етатпче-иг.1пиных уплотнений (фиимотхтчи) плот, оси системы. 3. Подставлено релятиниотсксе оОобдение аналитической теории '.еагскнронкого диода и шглетршного авттаж-ертгорз (динамика элех-г[хя!ов, КПД, мощность излучения). Выявлены иути управления параметрами для максимизации имходно*! мощности реля лшиогского магнетро-ка, оценены его предельные возмояюсти в завискыссш ог длины волны. Показана иерсиекптиосгь релятивистского шшегрона в качестве относич'елыю несложного источника мощного (гигаратги) каротканмиу-льсного (десятки, сотни наносекунд) излучения в сантиметровом диапазоне длин волн.

4. Дан р-асчегг и анализ процессов в пристеночном торично-зим-ссконксы СВЧ-разряде (ВЭРР) в изолирующем ыагнитсстатическом поле - как в стартовом режиме лавинного нарастания (с учетом возможно-сги присутствия электростатического поля >, так и на стадии насыщения (ограничения собственными полями). Найдены области существования КЭРР по частота и налряжнностям электрическга пслей, определены поглощаемые разрядом мощности, оценено время его установления.

Вклад автора. Автору принадлежит определяющей вклад в постановку задач, получение и анализ основных результатов диссертации2.

Практическая значимость. Выполненные исследования направлены на применение их результатов в релятивистской электрсшшо больших мощностей. Их значимость определяем« как ужз реализованными приложениями (см. кика), так и Бозноаносгялш последующих использований при разработке инжекторных систем СЗУ, систем фэршрования РЭП с раздичндаи характервспiraгш, С8Ч-генераторов иалне/роннснтз типа, при анализе условий возникновения и подавления пристеночных С8Ч-разрядов в мовдьос системах с шгшггостатичесмвди полями.

Основные положения теории формирования РЭП ê использовались при разработке злектронно-оитичеокюс систем релятивистских СВЧ-1 TïH-3|K3TOjXDв черенковскога типа: для определения игггефальных параметров ■зрубчзтого пучка, для оценки распределения электроно, но энергиям движения и составляющим скоростеЛ (гг,2Э,зз,Э5Ь Наши применение и конкретные приложения теории формирования: управленца рабочим током в канале с иог.охьа дзноля!гтельна;т> пучка des существенного рассогласования диода и системы подачи иынульса напряжения,-а такте без изменения обьема кнзшнего (впитюго поля [ie,i9j (НПФ АН, МГУ, 1ВД АН, 1ЕЭ СО АН), управление поперечный распределением плотности тока РЭП (в частасхгп!, выравнивание) с помощью профилирования катодной поверхности (30j (Ш»> АН, ¡Г)Ф АН), подбор конфигурации полей и элеюродов сцель» подавлена паразитных

2 Представленное в диссертации результаты получены автором лично и, частично, в соавторстве. К последним относятся отдельные результаты теории формирования РЭП в KJB>5i (совместно с М. Я. Фуксом), прию!адная часть теории релятивистскою ыагнетрона Ce M. И. Фуксом) анализ встречных потоков частиц в КДМИ (с Н.И.Зайцевы«, U.C. Кулагиным), рассчеты режимов одностороннего ВЭРР (с Л. Г. Бляхмзн). Част статей написана в авторских коллективах Свштчая экснериментато(юв специалистов по численному моделирование), объединенных обсуши задачами исследований. Работы [1,4,5,7,8,14,19,29,31,33,35,41,421 выполнены без соавторов.

этохов (Ш и посьметм знергсресурса ОЗУ (НПФ АК, ФИ АН). Методы иаллтнческого расчета оптимальных параметров релятивистских маг-этроь'ов [6,18) были использована при создании СБЧ-генератороз п;-зпатгаого уровня мощности на сантиметровых волнах (ШФ АК, СИ АК, И'Ш> ТЛИ). ГЫмуюхзшгые методы, анализа прнстено'шого ВЭРР [23,24} рименллись для определения .возможности возникновения разряда в кектродошамическик трактах шащых релятивистских СВЧ-т ¡ератороз КП> АН, ЮУ, ИСЭ 00 АГО. . '

Внедрение и использование результатов. Результаты работы вхо-ет в отчеты по хоздоговорам с отраслевых«! институтами. Полученные диссертации выводы и рекомендации использовались в И® АН, МГУ, >5 АН, ФИ АН, Ю СО АН, НИИ ЯФ ТЛИ, ВЦ СО АН и др. организациях, то подтверждено соах'Р^хггЕугад&ли документа™.

Аиробзидя работы. Результаты работа содержатся з статья:-? [1-8, 0-13,16-19,22-20,28,31-34,41,42] в трудах II Международного екмио-иуш по коллективным методам ускорения (/¡убна, 1375) [9], II и хг ээдународаи симпозиумов по сильноточным электронным и ионным пукли (Новосибирск, 1979; Палнзо.Зранияя, 1931) [20,27]; имеется реакционнее сообщение - аннотация но материалам доклада, представ-оннога на Международный симпозиум по высокочастотнш устройствам

Орландо,СШ,1979)3. Часть резу;штзтов опубликована также а-трудах 1 г,1Т,V Всесоюзных семинаров по сильноточной электронике СТомск, Э78; Нопссибирск. 1333, 19843 [15,29,30,35), vi Всесоганого семина-а по колебательны;.? явлением в потоках заряженных частиц СЛекин-рад,1Е?77) [14), IV Всесоюзной конференции по электронике СВЧ СКи-в, 1579) [21], у I г г, IX и х Всесоюзных сашшаров по методам расчета лектрошю-оптаческия систем (Ленинград,1985; Ташкент*, 1988; Львов, К.;5 [37-40). Кроме того, результата диссертации содер.талпсь в рех приглашет!ых докладах на 1,111 сег.пшарах по релятивистской ¡.¡сскочастэткоЯ электроника (Горький,1978,1ШЗ); двух докладах на 1 семинаре (Сьердловск,1939), в четырех докладах на Научных сес-яях по физике плазмы АН СЗвенмтород, 1974,1976,1930), в трех лек-иях на школах-сецинарах по электронике (Саратов, 1978,1983) г в до-ладах на семинарах "Проблемы электроники" (МИЗМ, 1976), лаборато-ий ФИ АН (1974,'1ЁГ76,1982,1985), И0Ф АН (1985), ИСЭ 00 АН С1Э055, еыннаре отдела НПФ АН (многократно).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введе-ия, четырех глав. Общего заключения, списка литературы. В конце эядой главы имеется заключение с выводами, главные результата

Н1сго>^ез. 1979, Липе. Р. 26.

сфарлулированы в Обшэм заклвченш. Работа изложена на .384 crip, ма шинописного текста, кюшчая 303 стр. основного текста, 53 стр. с 60 рисунками, 5 стр. с таблицами, 23 стр. библиографии с 160 цити рованнъаш источниками и (отдельно) 42 публикациями автора по теме диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность теш и выбор направления исследований, указываются задачи и цель диссертационной работы, отмечается практическая значимость полученных результатов, их научная новизна и реализация. Затем формулируются основные нау чкые положения, выносиша на защиту, приводятся данные о структур диссертации. принять« 2 тексте сокращениях, обозначениях, система единиц.

В первой главе 1йлагаотк;я результата исследований транспорт» ровкн и формирования РЭП, связанные со спецификой СВЧ-электроникк больших мощностей. Форлулируагся сосп-ветхггвуюшде требования к характеристикам РЭП. ТЬказьшается перспекггивносгь диодов с мапиггно изоляцией для формирования трубчатых пучков с незначительным расслоением ио знерпшм и составлящим импульсов (скоростей). Развиваются методики, позволяющие анализировать движение отдельных ■зле ктронов и потока в целом от катода до однородной часта канала тра нспортироаки в наиболее практически интересных ситуациях.

В п. 1.1 рассматривается транспоргировка РЭП в прямых каналах круглого сечения с осевым сторонним магнитным полем н = ¡йд. В первую очередь изучаются возможные равновесные конфигурации РЭП (не опираясь на конкретные способы создания пучка). Талой подход пооволяег с помощь» инвариантов движения сформулировать необходимые требования к инжектирующей систем. При зтом с тачки зрения практической целосооб[)азкостн здесь иеследуятся только модели нуч ков, в которых полная энергия всех электронов од1шакова (т.е. иод раэуыевается формирование с эквипотенциального катода).

Сначала (п. 1.1,1) обсуждаотся возможные применения различных идеализация к моделей пучков - моноскоростнкх (по оси), моноэнер-гетическлх Спо кинетической энергий), ламинарных, вихревых и безвихревых; оценивается диаматггный эффект в ГОП, формулируется си стена основных уравнений для расчета и анализа равновесий* конфигураций.

Реальные сильноточные РЭП чаще всего являются существенно ви хревыми со сложной полшшнтовой структурой (и. 1.1.2): в сильных полях к концентрация много меныие бршиютновской, лар-оровские

и.

•диусы значительно меньше толщины пучка. Условие сильной зашг-ни-гнности однородного РЭП

п2с:ез » 21СкА:> , "'. со

(? т эаС см 5

жпадает с критерии.* надежного его удержания внешним магнитным >лем н. Здесь и венду далее I - ток пучка, - его поперечное ¡чениэ, р = ч/с, где V - скорость электрона, с - скорость света, = (1-/зг)~1/2- релятивистский масс-фактор. В пучках не могут су-гствовать уплотнения с и2, > ог (оьв - частота продольных лен-крсЕских колебаний, а - релятивистская циклотронная частота) и ивдпюй порядка я рморовских радиусов г . С ростом магнитного по-е радиусы поперечных осцилляций уменыааются, и в случаях сильной ¡магничетюсти СО2 >> о2е), если не интересоваться деталям® шк-ютруктуры потока, то ¡южно пользоваться "псевдолаыинарныыи" мо-' шяш1 с н + г^ О Сп. 1.1.3). В этой идеализации расчеты и ;енки величин предельных токов транспортировки оказываются наибо-е простыми. Выяснено [5], что для сплошных пучков радиуса ь £ в ! - радиус канала) с однородной плотность*) тока величины предель-к токов могут превышать рассчитанные по известной геггерполяцион-й фэрмуле на Ш-30 %. Га допустимому расслоении энергии в СВЧ-иборе введено понятие максимальных полезных токов [5]. Предлояэ-! удобные аппроксимации радиального распределения энергии злект-якзв [19] (а, следогателько, и потенциала, концентрации), поэво-1хг51е анализировать неоднородные по радиальной координате пучки, я трубчатых РЭП с учетом ограничения СО найдено [13], что их едельнш токи (саше больше токи достигаются в примыкающих к онтсан канала пучках) пропорциональны произведению пад - энер-1!, радиусу канала, геэгнитнег.гу пола.

Далее изучены равновесные ламинарные модели РЭП С п. 1.1. 4) в «ечкых полях к [5,35], соответсгвуодие практически интересным-туациям. Для плоской идеализации тонкостенною трубчатого пучка "О частное аналитическое решение, демонстрирующее плавную эволо-э структуры РЭП по мере роста поля н - от безвихревого брилли-озского потока с расслоением только по поперечным скоростям до льно замагничекного пучка с расслоением только по продольным оростям. При этом толмдна пучка изменяется го закону

5 = 5 * —? д. Я. 1— 1 ' е Ь Н2Р 7

е 5 - толцина эмиттируодего пояска на катоде Споперек с»шовых

линий поля ÍD, ь - вне^шй радлус пучка, е, с - заряд и касса эле< •грона. Это выражение хорошо описывает известное из экспериментов полозкенмэ: с рослом поля н пучок сначала быстро компрессируется, а затем его толдкна стабилизируется.

ЬЬксимальнмэ токи, которые могут бъть достигнуты при конечк кзгагшых полях jasar ;..есто в пристеночных (ь - к) бриллшновскгс РЗП трубчатой конфигурации 15.13J. Установлено, что чераз вакуумный канал кзвоаюзага пропустить ток болы^-е

i (кд>) « 10 r(cm) н(кЭ) и(кВ) , Сз)

где и - потенциал стенки »знала Сстноснтслько хатода). Аналитические решанкя для сгыаиного бршишыновсхого пучка [ 5 ] показывает, что при токах, близких к предельным, такие пучки i.aryr представлять пргктичзский 1п<терес только в случаях слабого релятивизма С при tíojsixaix энергиях они крайне неудобны для формирования из-за слоеного профиля плотности).

В п.1.5 анализируется формирование сильно замагниченных Р31 й коаксиалыьгл диодах. При соблюдении íl) простейьая идеализация я « «• обеспечивает улавлзтворгггелыюз списание характеристик P3¡ включая радиальное распределение платности Сне выявляются лишь особенности ыэлш-пси/габных поперечных двиканий). Для тонкостей» го пучка в К8.-31 с трубчатым катодом ранение задачи известно. Ана лга формирования пучка со сплошного катода ра;;иуса ь < п и про нявоиьноП формой эиагпгругадаго тораа Си. 1.2.1) сбнзруш&ает сущз-ственкыэ ограюганмшя на дсаусти:.с:э дунаиы поперечного раслредел-кия анархии ¿ir) и ¡uigthgctv. электронов {19]. Эта ограничения определяется с учгтои изменения потока импульсов всех электронов от покэрхногти иылссип до однородной части какала и обусловлены ссобекнссткми зкранироаки катодной поверхности объемным зарядом электронов. В отсуклъкэ кез¡.аггтрутхшх участков торца катода (г, алектричеекоэ иона I г 03 оказывается (п. 3 2.23, что энергия зя ктронов тСь) всегда ианшз. чем в тонкостенном пучке, а то:< i кешюю óam-лэ. т.е. Еиутраннн© эьаглу.ругсдаа участки катода спсо бны увеличить ебший ток при неизбекком снижении энергии электрон Это, в час"тоста, поягк^рхдаеггл на притре КЛШ с двойными эгсви гкзгенцизлъными кглодами (п. 1.2.3). фэрмирукцкх два ссосиш пучка При этой суммарный ток пучков несильно изменяется (19J в зависим ста от соотношения энергий в пучках С что регулируется осевым оме цашнзд края одного катода стносктелько другого).

Анализ формирования ЮЛ с плавные радиальным изменением чло

эати TDKa.j^ír) проведан на сеновз знагаггических кафоксккгцкП эеслоэния по энергии yCiO £ isJ, позволивших по разному моделир--згь уплотнение от оси к перифзрии пучка Сп.1.2.4). Пр'г эю» ипось, что'в КдаИ дата со сплошными катодам !.:зтут сср.глрсвапля ояько йчизкие к трубчатой конфигурации пучки, если только Гс/ь -- ' R - радиус анодной трубя, ь -радиус катода и пучулЗ. В от:гх, тачоски наиболее интересных ситуациях пучат сладеисй однородней концентрацией вообще не могут фор'лкро-гзт.-сл. У РЗи -ДКИ уплотнение к периферии -юарастает с увгадазггоеи рпллт.:;;-^;:^-кого фактора и с прибяигзекием анода к катоду, т. о, с лекпрического поля у вквшего края катода и с углублением его е;:-зкировки в центральной часта торца катода интенсивным перке;?рг.й-иа потоком. Сопоставление характеристик формируемых ГСП с рзлкчг i3.ai вознэкньаи конфшурацияш» С п. 1.2.5) покзгязлег, что вгл;;-г:2г2 ока слабо зависит от функции аш попгрэчкого распределения: то с; ; катодов различной формы, ко с фиксированный рязхнки радиусом, '.и¡зки ».»езду собой по величине.

В п. 1.3 дается анализ фор»Л1роЕанкя РЗП г, '31 га tíaas рзау-ътзто», «ояучзннгх с яри».с-неш5м числб.-.к'лх v3t0303 115,17,253-Ьз в простейших конструкциях детальней р.есьег снсрэспюЗ х: '.*;,)-«горной структуры пучка, а такте радиального распределения тзг ри различных сторонних полях и, »иэт сгкргпъся только на чис.-с-ч-:»э м.ттоды рашнпя задач сидькотсччой клоктоочно': сятппо!, Спе;.ч;;гл-л в сяокнссть расистов фор-ыровання isfrencx^m P?ít ? экз^пеп s-■cñ мере связаны Си. 1.3.1) с необходимость.:» получена dsrasoü пр.ст.ин о ссбетганных поляк потока и с ггиздокзеч гзйкизякЮТяя рубок тоха чграз со&ггсекньгэ ¡.згш;тные подл.

Для типовой конструкции з га-торс Л v. trc:;. rj.c'v.:;/.

йысансй терец, при oáwaius гоо».«Етр*-г«-:.-зс!Г!ч t; г.г.сгг.с-

pntx с г;г>?/асьэ »агаленкьэ: ргр^таыйТ' Сл. 1.3. .7r?ó-

•пзтгкш сосбэнкост: двиггниЗ ч потоке. Хон~.:л'7р::';-:л пу"-~:я схнл-.^г-гггя йягагеЯ к •фуФэтсЭ - почт:: г-:::-. то.-: пг^ид-.гл-

области нута, lit.ier^en ясяс?з!:н1а '.гзс:_гг:> :»pí,rjo кж<пг-к.:л грса-знтов от радиуса катода. В топаем cccrae-cvKia ~ g'¿ врздетавлэкишя чисаежиэ рнечэ-пл 1ййгг.лгхт ^vj-

nyvssa - «Сгзйяхревуп Сс оокояпй пз?ея»$>г:г» •,

scFÄJfl г.епгптт.вт C:uiom."SÍ и ул 'с -г-.^т-я'-:;', п

íocth). _ Первая ¿¿"зкоиякя

' Эти ргсэкия получаны в сспрудаичеегг-э со спэц:ьа/г1;сгг>.п: ЬЦ ПО AFi . г. гЬьсскб:грск>.

пучка и уплотняется, схимаясь по радиальной координате с ростом поля н. Вторая фракция образует шлхшинтовой поток электронов, ос-циллирущих и дрейфующих около "своих" линий поля н. Амплитуда поперечных осцилляция каждого электрона при ускоренном движении в сторону какала почти не изменяется, одновременно наблюдается некоторое дрейфовое затягивание электронов по радиусу к оси С порядка ашлитуды осцилляция) при отш азимутальная дрейфовая скорость становится шньшэ схздшляторной. Интегральные характеристики пучка хорошо согласуются С п. 1.3.3) с найденными а налита1-гесю! для тонкостенных РЗП: для тока и энергии расхождение составляет 1-2 X. Отличие этих характеристик от экспериментальных не прэр^-шает обычной точности измерений С5-10 50.

В п. 1. 4 исаладуе^^ возможность использования безвихревых моделей РЭП для анализа его фзрг.шрорания в КЛМИ (ю,29). Зги модели при»*знимы в тех случаях, когда ьагшггный пашк через эмиттирущий поясок много коны®, чем через се чаше сформированного пучка, т.е. выполняется условие

г 2 а X М Ь € -s-r- . с 4)

к ее РТ

согласно (2?. Тогда продольная скорость всех электронов сформированного РЭП одинакова, Рг= const, и система уравнений равновесной: состояния приводится к удобной форт (п. 1.4.1). Из взат.'ссогласова нкш уравнений формирования - б канале и дноде С вокруг катода), с учетом юшнешм потока импульсов электронов на участке ускорения, найдено, что различные безвихревые модели лишь о незначительна отличием описываот ингегралыше свойства формируемых пучков. Поэтому используется простейшая модель - однопстгочная, бриллюзноз-ская. Конкретные расчеты формирования РЭП с учетон диамагнетизма пучка н экранирования его импульсного поля металличаааши станкам? канала показывуаш-, что каблолаа-г*? в экспериментах нарастание полного тока РЗП га мере ослабления магнитного поля адекватно объясняется. ест принять но внимание перераспределение полей вокруг катода во врашдвдейся элекпронкоЯ втулке (п. 1.-5.2) - по сравнении с паяяш в ее отсутствие. В этом случае расчетная кривая правильно передает расиолазаэние экспериментальных точек, с точностью не хуке 5 X.

Далее С п. 1.4.3) кратко рассматриваются структурные харакгери-еггики РЭП в коаксиальном канале транспорггиравки и формирование в систе»сах о сужением шш расширением какала. Лается обадя сценка расслоения поперечных скоростей злетропав

3.5

9 » 21 . С5)

3 с ь н ег1г

Отсида по, допустимому расслоении мохно указать пороговые величины магнитного поля для СВЧ-генерзтороз, соответствующие расчета согласуются с эксперт ¡ентальньэл! данными.

В н. 1.5 строятся теория фэрмирсвания вихревых пучзссз в [33]. Рассматривается ситуация, корешам образом отличная от предыдущей: электронньаТ поток настолько замагннчен, чга радиуса электронных осцилляция значительно м?ньше толцушн пучка, а пеяггашы мзггсгпгаго потока черэз сетешгя эшггтирухдэго пояска п пучзса почк: совпадают. Для анализа движений электронов в таком потоке применен несколько шдкфэдфоэанныЯ вариант метода усреднения С п. 1.5.1) - с одновременным учетом ралятавгага движения и существенноста поперечного дрейфа. Принимая во внимание собственные поля потока, тогда удается объяснить Сп. 1.5.2) обнаружг$кое в числокньи экспер53«нтох п. 1.3 преобразование структуры РЭП на участке ускорения. При этом установлено соотношение дрейфовых и осщшляторкых скоростей, найдены радиальные смещения ведущих центров, частота осцилляцпй. Амплитуда осцилляций при мздленном изменении ?е С (.алом на масштаба:: смещения за щшготрошгыа пер:¡од) остается почта .чеизмзнной, как и вращательный импульс.

Выявленныэ кинекать'чэскпе закона.'.ор!-осп 1 к связи испояьзозаш в решении задачи формирования РЗП в КЯМИ Сп. 1.5.35. При этом установлены удобные параметры формирования, создаете некий при^щт подобия и позволяющие произвести расчета при различных шгноткд: полях и размерах, исхода только из капряггния на КДМИ. Продемонстрирован расчет формирования РЭП с однородной продольной скоростью (согласно численным расчетам п. 1.3 она фчекь слабо "изменяется) и нграстасцей платность» к внешнему краю пучка. Для такого практически важного случая найдены все характеристики - ток РЭП, диапазон с нерп й электронов, их поперечные и.шульсы - в зависимости от внешнего магнитного поля ¿параметра формирования к = —— Дп н/ь).

ис"

В н.1.6 рассмотрено влияние потоков частиц из коллекторной плазмы на условия формирования РЗП в КЛМИ [25,26,28Аналитически определяются характеристики тонкостенного заматаиченного РЗП с у-г&-тси потока всех частиц - шксв из коллекторной плазмы Сони дзаяе-каатся полем пучка) и электронов, квазпупруго отраженных от поверхности коллектора с известным угловым распределением. Расчеты проводятся с использованием закона сохранения потока импульса всех чзстиц и поля. Показано Сл. 1.5. и, что встречный потек ионов спо-

собен создать условия для некоторого увеличения тока РЭП, однако это увеличение тока незначительно по сравнению с тем, которое может тлеть место при июкекцим РЭП в канал через фольгу планарного диода. Например, .при напряжении v = 1 kB на КДМИ с гаыенением степени ионной компенсации заряда РЭП его ток может изменяться вг«го на 20 %. Встречные потоки отраженных от коллектора электронов переагражлясь в прихатодной области, способствуют накоплению заряда ь канале, чем и объясняется in. 1.6.2) наблюдавшееся в эксперименте снижение тока РЭП при одновременном падешш его потенциала: изменение тока со сменой материала коллектора Cw.Be) составило около 10 %, а по верхней теоретической оценке допускаются изменения до 16 .Энергия электронов РЭП при наличии встречных частиц разного сорта ггажат заметно гамешпъся.

В п. 1.7 представлены некотор^з приложенеия теор;ш форьзфова-ния, связанные с исследованием влияшш форш катодной поверхности на характеристики РЭП.

Показано (д.1.7.1), что в типичных системах ннжекцин СЭУ в виде диодов с магнитной 'изоляцией ,как правило, выполнялись условия для возникновения паразитных электронных потоков [il3 с боковой поверхности катода в сторону ускорительной трубки. Такие потоки снижают коэффициент использования энергоресурсг ускорителя, могут инициировать пробой ускорительной трубки, Еедут к образовать анодной плазмы, быстро.заполняющей ыеэуяектродный зззор, что ограничивает длительность импульса напряжения. Указано, как подбором конфигурации электродов (.южно подавить паразитные токи.

Выяснено (п. 1.7.2), что достаточно глубокая регулировка рабочего тока РЗП мажет осуществляться без сильного изменения ишедан-са диода (т. е. общего, тока) с подацьи даухпучковой системы инжекцин - с двумя трубчаты?ли катодами lirai катодом с резким "уступом" (16,19]. При это» осеЕсе-смещение края'внешнего катода с экранирующим нерабочим-пучком относительно края внутреннего катода [ig¡ обеспечивает глубокую регул]гровку при небольшом зазоре медду пуч-каш: в такой системе могут возникать некоторые трудности с отделением нерабочего тока при малых'зазорах; Несколько иная возможность регулировки состоит в изменении расстояния между пучками [16], но с увеличением радиуса внешнего нерабочего пу^с-сп общий то* несколько нарастает. Оба этих способа находят применение, иногда £ комбинированно,-.! виде.

Исследовано Сп. 1.7.3) также влияние профилирования поверхности катода КДМИ на радиальное распределение плотности в трубчатом РЗП [30]. В соответствие с физическими представления}..",!, численный

расчеты псказалй. что таким путем можно эффективно управлять распределением, в частности, выравнивать плотность тока (для устранил локальных перегревов коллектора с последующим образованием непрозрачной для излучения плаз'.ы в выходном электродинамическом тракте СВЧ-гоиератора). ¿то достигается применением близких к эл-лютгичэснш профилей поверхности трубчатых катодов.

Во второй главе представлен цикл исследований колебаний РЭП и основных типов их ноустойчивостей в различных каналах транспортировки, представляющих интерес для приложений. Основное внимание уделено анализу пеустойчивостей, которые могут разрушать исходную структуру пучка за время его существования или на заданной длине канала. Параллельно получен такие ряд сведений, полезных для линейной теории прямопролетных приборов черепковского типа, для маг-нетронных .систем, для теоргаг пульсаций и фокусировки интенсивных РЗП.

■ В п. 2.1 рассматриваются малые колебания винтового типа ' {■(гОсхрипФ+лЬг-оие) моноскоростного РЭП с произвольным радиальные распределением тока в замедляющем волноводе [7]. Здесь а -круговая частота, п.ь - азимутальное и продольное волновые числа. Анализ ируется эволвция колебаний во времени, волновые числа считаются заданными. Линейная теория самосогласованных колебаний в волноводе с пучком Сп. 2.1.1.} позволяет получить удобное для анализа дисперсионное уравнение колебаний Сп.2.1.23 при произвольном радиальном распределении концентрата! электронов и любом магнитостати-ческом поле н, если полнее СВЧ-поле можно считать представленным одной юлноводной модой с заданной структурой Смалый объемный заряд). Это дисперсионное уравнение дает возможность найти инкременты колебаний вблизи резонансов, когда в а Ьу С синхронизм пучка с волной) и и-ьу а -о Сциклотронный резонанс при аномальном эффекте Доплера). '

Для ссесимметричных колебаний РЭП (п=о) в диафрагмированном волноводе расчет показывает Сп.2.1.3), что в практически интересных случаях скорость раскачки синхронных, или черенковских, колебаний слабо зависит от мзпштостатпческого поля и конфигурации пучка. Скорость раскачки циклотронных колебаний обычно несколько меньше, чем у синхронных, особенно мала она у приосевых пу^ссоз. Несимметричные колебания Сп.2.1.4) раскачиваются при черенковском синхронизме быстрее симметричных, если маги!ггсстапгчэс кое поле н мало. Большими н (типичная сценка: н г 10 кЭ) эффективно подавляется раскачка несимметричных колебаний только у приосевых пучков,-но для трубчатых Спристеночньк) конфигураций инкременты еще оста-'

ются соизмеряшми с инкрементами симметричных колебаний. Наибольшим инкрементом среди циклотронных колебаний обладают колебания с номером п = -1. Вследствие слабой зависимости поперечных сш! и инкрементов от радиальной координаты эти колебания способствуют развитию "дипольных" деформаций самых различных но конфигурациям РЭП при ограниченных полях н.

В п. 2.2 проанализировано влияние нерезонансного поля СВЧ при различных токах и конфигурациях сильно замапшченного РЭП на раскачку его синхронных Счеренковских) колебаний внутри замедляющих юлноюдов "[ 8 ]. Для колебаний с заданным волновые числом рассмотрены пути получения приближенного дисперсионного уравнения в алгебраической форме (подобной уравнению Пирса для Л5В):

( "¡ЬУ ^ ** ■ с6)

<1 «- <

Здесь ов - частота собственных колебаний резонансной с пучком моды волновода: к, Г - искомые коэффициенты связи С колебаний в электродинамической системе и пучке) и депрессии Снерезонансного С8Ч-псля в окрестности резонанса). Характеристики раскачки колебаний С п. 2. 2.1) существенно зависят от соотношения резонансного и нерезонансного полей е (или членов правой части Сб)). Указаны значения граничных токов РЭП (в зависимости от величин к, г, 7), ниже которых влиянием керезонансного поля можно пренебречь.

Далее (п.2.2.2), (п.2.2.3) найдены коэффициента связи и депрессии (к и Г) для пучков с различной энергией и конфигурацией: для ультрзрелятивистских и слаборелятивистских, для однородных сплашик и тонкостенных трубчатых.' На примере диафрагмированного Еолновода показано значительное влияние периодической структуры областей между диафрапгмами) на формирование нерезонансного поля и коэффициент его депрессии Г. В случае большого пространственного заряда однородного сплошного пучка, когда нерезонансное С5Ч-поле больше резонансного, 'коэффициент связи к и инкремент колебаний могут стать очень «алыш, при полном заполнении канала неустойчивость проявляется счгнь слабо'. В сильноточных РЭП тонксстеяной трубчатой конфигурации и в тонкт: спломкыа пучках (удаленных от импедаисной стенки каналл) колебания развиьп*>гея достаточно бьютр даза в условиях доминирования нервзоиякснсго' поля - • на частоте . синхронизма резонансной ;.кэды с шдленной электронной волной пучка тогда инкремент колебаний пропорционален

В и ?.. 3 исследована пространственная неустойчивость РЭП в за ыедляоинх волноводах, когда частота процесса и задана в лаборатср

ноя системе отсчета. Ял я этого случая сначала Сп, 2.3.1) демонстрируется возможность п целесообразность получения дисперсионного уравнения для приборов с непрерывным взаимодействием ("ЛБВ и родственные систег.ы) в приближенной алгебраической форме

(о - ИУ)* К Р*

К -

Г, С 7)

несколько отличной от общепринятой. Здесь р0 = (|,0-иг/сг)~1/2 - поперечное, а ь0 -продольное волновые, числа резонансной моды. В С 7) коэффициенты связи к и депрессии г не зависят от релятивистского фактора у и являются'функциями только поперечных размеров и поперечных волновых чисел., Дисперсионное уравнение С 7) не .изменяется при переходах из одной инэрциальной системы отсчета в другую. Это продемонстрировано,"в частности, на примерах однородного сплошного РЭП.внутри канала диафрагмированного волновода, и волновода, заполненного замагниченной плазмой.

Подробно изучена пространственная неустойчивость волн в тонкостенном трубчатом пучке Сп. 2.3. 2) внутри диафрагмированного шл-Н0Е0да: рассчитаны коэффициенты связи и депрессии, найдены инкременты колебаний ^ ь. Влияние периодической структуры на керезо-нансное поле Скоэффициент г ) становится определяющим с приближением пучка к стенке канала С ь « н ). На некотором расстоянии от нее, когда ь/я » 0,8 , коэффициент г меняет знак, здесь обеспечивается ' подавление нерезонансных сил.

В п. 5. 4 рассмотрены малые колебания намагниченных РЭП в плазменных волноводах [4], когда однородно заполняющая канал плазма имеет ленгмюровскую частоту шин циклотронной. Сначала кратко об-судцаются возможности осуществления резонансного взаимодействия' пучка с гиротропной плазмой в волноюде Сп. 2.4.1), затем анализируется неустойчивость РЭП в волноводе с сильно замагтменной плазмой Сп. 2. 4.2). Показана эволюция дисперсионных кривых и характера взаимодействия пс мере рост тока РЗП, в часгности, установлена возможность раскачки колебаний в отсутствие сию онизма моды плазменного, волновода л пучка, начиная с некоторого стартового тока в зависимости от £х=лятивпстского фактора £4]. Стартовое условие неустойчивости найдено при произвольней соотношении концентрацш пучка и плазмы. Определены временные' и пространственные инкременты ' колебаний Сп.2.4.3) И приведена оценка интегрального усиления шу--мов по длине интенсивного РЭП.

В 2.5 подставлена теория днокстрончой неустойчивости труб- -

чатых РЭП с шнром угловой скорости в конечном магнптостатнческом поле внутри круглых каналов (31). Сначала С п. 2. 5.1) рассмотрены некоторые важные особенности диокотронных колебаний в кольцевых замагниченных потоках (без движешш вдоль оси), описание которых тлеет формальную аналогию с описанием колебаний трубчатых РЭП. Показано, что в практически интересных случаях тонких потоков ( <5 « ь ) макснл-альным инкрементом ^ ь> а о,4 о0 обладают' коле- • бания с азимутальным номером л к 0,8 ь/б ; оо - известная диокот-ронная частота. Анализ днакотрон-эффекта в РЭП Сп. 2.5.2) выполнен для нулевой частоты в лабораторной системе отсчета, т.е. для колебаний типа f(г)е.чр{опЗ+оЬг). Изучение раскачки таких статических волн вдоль оси необходш.ю для объяснения наблюдаемой азимутально-периодической группировки пучков (филаментащш). Все составляющие переменных в пространстве электростапгческих и магюггостаткческих полей связаны между собой сгруппированным потаю».« (в медленно закручивающиеся спиральные уплотнения). При этом поперечные магнитные поля неизбежно ослабляют группировку в т2-раз по сравнешпо с исследованным ранее "чисто электростатическим" группированием (при таком подходе нельзя правильно определить не только инкременты колебаний, ко и границы зоны неустойчиЕОсти). Показано, что для практически интересных ситуаций дисперсионное уравнение аналогично исследованному в п. 2.3.1. , так что зона неустойчивости по азимутальному номеру п и сам номер колебания с максимальным инкрементом определяются только поперечными размера!,« РЭП н не зависят от ре-лятавистского фактора ■%. Длина раскачки колебаний характеризуется величиной их обратного инкремента

( зш ь )*1 я. 25 ь(см) бСсм) (7г-1] см . Са)

Доя пучков, формируемых в КДМЛ, обратные инкременты обычно имеют вэшгчину порядка десятков сантиметров. Кввестные данные наблюдений аэимутально-перноднческой группировки (число уплотнений, зависимость скорости их развития от параметров системы) качественно хорошо согласуются с такой теорией статической диокотронной неустой чивосш РЭП.

В п. 2.6 исследована поперечная неустойчивость винтовых колебаний типа г {г) охр л п-д+Ьг-^ь) внутри каналов с азимутальныгл замедлением [2,3], например, в продольно-ребристых структурах с поверхностными волнами. В эпос случаях еозг.хзгно возникновение неус-тойчнюстей. характерных для магнатронных систем (п. 2.6.1). Для

2Д

Зриллюэ новской модели потока найдено стартовое условие раскачки галебаний Сп.2.6.2), обобщавшее известные из теории магнетрона соотношения на случай РЭП.

В п. 2.7 рассмотрены радиальные статические пульсации ламинарных РЭП, возникающие при нарушенш условий поперечного разновеса" ла входном участке канала транспортировки с осевьм магщгтътл полем. 2 этой целью' исследуются уравнения релятивистской электронно'! оп-гики для интенсивных потоков в параксиальном приближении. Для раз-' кых ситуаций определяются ааэсгкоетъ фориировагаш, а также основные характеристики нелинейных пульсаций.' Анализируются последствия рэ-зкого С по длине) изменения внешнего магнитного пси л, в частности, возможности схат! пучков, раскачки пульсащй и их стас'илпзацта с помощь» "скачков" поля к.

В третьей главе представлен анализ процессов в высоковольтном СВЧ-диоде с магнитной изоляцией, или релятивистском магнетроне - одном из самых мощных и эффективных генераторов когерентного (лкроволнового излучения.

Вопрос об использовании КЛШ в качестве основы конструкции магнетрокного генератора стал актуальны?.! в середине семидесятых годов. Уже в первых экспериментальных исследованиях релятивистских магнетронов С обзор дан в [18]) с нспользоваш:ем СЭУ быта достигнута выходные мощности порядка 10э Бт на длинах волн около 10 см. Тогда появилась необходимость в соответствующей аналитичеческой теории - для выявления предельных возможностей релятивистских маг-нетронкых систем и указания принципа вьк5сра их оптимальных параме-ров. Такого рода анализ был представлен в сел на основе реляп свиста ко го обобщения элементарной теории магнетрона.

Основное отличие магнетрокнык релятивистских генераторов о? прямопролетных черенковских генератороз состоит в преобразовании не кинетической энергга потока в излучение, а потенциальной. Поэтому релятивизм здесь не так жестко связан с приложенным напряжением и не обязательно должен быть высок. Шесте с тем отбор энергии у потока непосредственно в меетлектродксм зазоре диода снимает многае ограничения, связанные с формированием да; кущ схся вдоль оси пучков со специально подобранными характеристиками. Это позволяет' понн'-ч1 использовать токовый ■ ресурс СЭУ. Основной же недостаток таких систем состоит в опасности разрушения замедляющей структуры на поверхности анода при бомбардировке ее "г/гработаьшимн" электронами. что приводит к бысгрсму снижению допустимой длитель-ностп генерации по мере укорочения длины волны и уменьшения всех

раз.'.крав.

В п.3.1 рассматрггваотся предгенерационныа состояния электронного потока в релятивистском магнетроне [36] до того, как поля мощных когерзнпшх СВЧ-колебакий начинают определять двшсение электронов. Огачала (п. 3.1.1, п. 3.1.23 дается рэлятнвистскоэ обобщэние Tscpiai сгат;1Ч£с:ак режимов потока в магнатронном диоде Сэта теория распространяется и на транспорггируемый безвихревой НЭП - в сояро-Еаздасщей система отсчета). 1Ьследуются бидромические поташ, состоящие из двух встречных подпотоков с одинаковыми, но раз кона яра-влгнкши скоростями. Такие потоки образует основной класс возмак-HLCî состояний электронной втугаси, вращающейся вокруг катода ыагае-тронкого диода.

Установлено, что замспкэ качественные отличия от известной карелятнвкстской теории 011дршических состояний появляется ухе при энергиях в пото::е. ошдо 10 кзВ из-за чувствительности поведения зла стропов в 01фэсгнсстях кваз!осатодоз С где исчезает радиальное ускорение н «ала радиальная скорость) к проявлению диамагнетизма патока и ргляшвнстс2ог.|у изменению массы. С продвижением в сторону большего релятивизма, при параметрах, отвс-чапаца применяемым на практике слстзам, бистро нарастает ко:.;ер бидромичаского состояния - число «жялуьаэа радиальной скорости до внешней гршшцы потока. СЬэтватствумЕш состоязв1я по своим харакгеристсвсам близки к идеализированно;^ потоку Бриллзэна.

Далее (а. 3.1.3) кз рэ^эжя арцбгси^шого дисперсионного урав-ksïsdî для малых колебаний бриллоэкозского потока, связатых с ко-лебаяияш в еемэдяякдзй системе, находится инкремент колебаний. Затем с учэтш исходного уровкя оуыэвого поля в предгенерационных рагшах сдешшается врс-аи установления колебаний в реяятишкяском иагиотрсаэ. По этой- сцекке ьасъ процесс установления не должен за-мс-тно пр&вы:игть двух " дасятков периодов колебашгй в •тпов£к ситуациях (едапшл нанссксукд ка сантиметровых юлках).

Б п.З. S дано paytTXïŒHOTCîïca сбойцеипе аналитической теории шгнетрскного генератора. Для Бьиснегаи прикшша выбора оптимальных napa.varpcs к развод ïaopiw строите» на основе 'известных прзд-ставлэшй, ко без ограничения релятивистского фактгора. ■

Скзчала Сп.З.ЗЛ) предяохзно рглтг.гы;стс:<оэ обобщение адиабатической теории доевши злзстронг- fie] в двумерной произвольно неоднородней зла;сгрсстгт1гческса поле и перпендикулярном к нему однородном щпоггогтатачасхсм поле. При достаточно слабом возмущении злгмсгроегатачаскя.! полегл !Et « pij;t , а в нэралятивпегсксы случае. радиусы и частота врзцешш сажаются иеизшнныш в перзоа

приближении, а скорость поперечного дрейфа ведущего центра определяется полем в в точке нахождения центра. Поэтому даяе при сильном изменении 5 на периоде вращения ведущие центры дрейфует, вдоль эквипотенциалей.

Далее (п.3.2.2) эти результата применены к анализу движения эле!оронов в плоской модели 'релятивистского магнетрона - в система отсчет;!, связанной с синхронной гармоникой СВЧ-поля. Кзргака усре-днекных траекторий, как и в нерелятивистском случае, оказывается существенно зависящей от соотношения амплитуды СВЧ-поля и рассин-хронизма С разности средней невозмуцекной скорости электрона в однородных скрещенных полях ё а н0 и скорости волны). В рабочих режимах, при раоетгнхронязыах мейышга критического, электронная груп-пирозка характеризуется захватом в вытянутые к аноду "спицы" и протеканием в них постоянного тока, т.е. пространственно-периоди-одическнм СВЧ-пробоеы магнитной изоляции. По мере движения к аноду электроны отдаст потенциальную энергию СВЧ1-колебаниям.

Неизменность радиуса и частота вращения электрона в системе отсчета, связанной с волной поля, позволяет просто оценить КПД релятивистского магнетрона. Анализ Сп. 3.2.3) показывает, что из-за ряда ограничений Сэлектрспрочность конструкции, условия сгггимзль-ной группировки) КГЩ в сантиметровом диапазоне длин волн заметно снигэетоя с укорочением длины волны [27]. На практике некоторая снижению КДД способствуют еще следующие фактор«: увеличение средней азимутальной старости электронов при движении к аноду в условиях захвата вращающейся волной поля в цилиндрических конструкциях, появление значительной радиальной скорости у анода при высоких уровнях высокочастотного поля.

Величина тока электронов в "спицах" Сп. 3.2.4) оценивается :з возможности накопления заряда вследствие вторично-эмиссионного размножения на катоде. С помощью такой модели "питания" анодного токз [11 объясняться основные особенности вольта>.'пер!мх характеристик генерирующего магнетрона. Соответствующее выражение для мощ-носта, отдаваемой электронами СВЧ-колебаниям, позволяет провести оптимизацию всех главных параметров.

В п. 3.3 устанавливаются энергетичесхие возможности релятивистских магнетронов [6,18]. Оптимизация их параметров Г п. 3.3.1) с точки зрения максимизации выходной нсхцности показывает принципи-альнуп возможность достижения ггп-аватгногс уровня мощности даго в коротковолновой части диапазона. Физические ограничения энергетических возможностей Сп. 3.3.2), связанные с селекцией видов коле— баний при увеличении объема взаимодействия С осевая длина системы.

число резонаторов анодного блоха), разогревом анодной поверхности оЬэдаздиш электронами С длительность СВЧ-игшульса), элахтропрочко-стьо (конструкция к'е:;гте;с( родного зазора и вывода мощности), приводят к быстро;.!-/ ухудшения выходках характеристик релятивистского магнетрона с укорочением длины .волны: мощность снжзэтся гак >5/г, длительность импульс-а ига 1э/г, при этом КПД по диапазону падает примерно г,дасе. Требования к ксточиикам 5зс1ульсного напряжения •гакхэ модэяхаггея существенно. В целом анализ показывает, что на са i m ¡ fr xj ;•>; ж волнах релятивистский мапшроп eae остается одним из cau-oc юадьк и эффектною генераторов - едшзщу гигавзтт на коротких волнак', десятки пггавзтт у границы с доцкыетревьм диапазоном; длительное™ СЗЧ-шпульсо» соответственно ссставякат десятки и сотни наносекунд.» -

Приближенная а>пшп«ческал теория р^лятпвистокаго ьъгкзтрояа посмухила основой дя5 pacora и создания экспер:йзнтальник генераторов ( 12, î 27). Иэйледопашя зтюс гг-каратороа С п. 3.3.3) подтвердили глаачиз выводы теории. Б 1977г. в АН tíowt создан и испытан первый рояэтшзисгский магнетрон с длиной волны около 3 eu U2). Этот ьссь:лчхзо!атори1й шкератор с осевой длиной пространства взаимодействия LA - 0,6 ¡¡ йи£ракцио::кш шкода» ёгзлуя-эюя при анодкш напря:'^-нии о: соло 600 кВ шел выходнуа ыоедссть 0.5 ГВт, КГЩ 15 V. п длительности СБЧ-кдпульса 20 ас. В генератора с длиной LA « 2 удалось ссулт. пракгтчеся) вйсь оиергорэсурс donas ьокцюго уаейр.ггоял С"3рг'\ АН, капрйазааб t '»s) и достичь еу~ хедшЯ изд&зта 4 УВг ь и^цуяьге« 12 но пр:; КПД 12 % ка дл>:не liOJaaj 3,23 C:.Î [ 2 7 3В ч-т'-естоп глава p^ccis« рйБ^ыси ^орн^о-ашссно^гга нри-станочный СВЧ-ркзрдц н r&as, сопроьоэдасккй пой

оираделе-.-гй« усясзэдс рpnvuftsosr уетройстз с

высолни:-: Ibmxss shspr.s) цодлбзикй, тфистеноч-

кый разряд игра?г роль в-лаесрокксй кзгрузки. ?.. инициируя явления пробоя. он tsx^-í í» *.TOf« привадь п.-. к су^сгт-й^:;.;.: Bsp/B-vsuu работа устройства. Ср^д:: разных Яндоь этлгхгсю-в&гюзххакя о разряда для «nuit» СЗЧ-гоьертсрза капбол^у^ сплс^огть яродста^ляет разряд разо«а«з»сго г.;пй ьйюлк одетй пзггрхкоз?.! - ЕЗ??. - Тагаэй разряд яэхп&тсл caj.c-.u: Í пгрпс;; &згльтлгцн:цнп иоггт сонпвдгть с периоде:-; СЯ-кзлаЗкжй). Здесь, в основном. кзу-ss&saajw^í:, ко saa?<..r,: cjç^îsfe,. шгда 12далирута5э noíus н ааралл2.'1Ы:э погзрхиоск:. Ггличк^э котф£-т;£^э вариант, ссшгэгствусзи$э частик« ргазй« и коис1^гкцияи, шгуг рассчт оГО2-тьая и sûzmz&ifoèavtcz кг osaKJ b¿j8%3&3¡3íszz '¿z-rassu, кагс, {¿щга-

мзр, 3 [32].

В п.4.1 исследуются стартовые режимы одностороннего ВЗРР в кзалирувдем поле н [23, 32]. Вводятся и сбсснсвываотся ндсалкзгщЕ! расчетной модели: возшхнссть пренебрежения начальные! сксротта>.п, кривизной разрядной поверхности и др. Дается полная с нега!,а стартовых условий ВЭРР С п. 4.1.2). Эта система объединяет условия: лета (начальное ускорение), резонанса (начальная фаза СВЧ-поля, соответствутдая времени пролета электрона до возвращения к поверхности, кратному периоду колебакгй), бомбардировки (диапазон энэр-пгл падавдих электронов, при которых кевфйициент вторичной smiccmi 0олы::я единицы), устойчивости резонансной фазы (приближение соседних электронов резонансным на шпаге движим). Показано, что разрядный сгусток электронов тшт нарастать и при "слегка неустойчивой" резонансной фаза, если коэйф.щиент зторшаюй гмяссии С 0 > 1 ) обеспечивает быстрое размножение электронов и позволяет-компенсировать некоторый in; разлет; получен сосггветствущкй критерий [3-1]. Определены зоны и условия возникновения ВЭРР как в отсутствие электростатических полей Е Сп. 4.1.3), так и при кэлоге.ттг Ё Сп. 4.1.4) - такие условия могут, например, тлеть место при дви-»;-нии интенсивною РЭП около поверхности, а также в различных СВЧ-устрсйетвах. Найдены области развития ВЭРР в зависимости от отно-ик?кий циклотронной частоты к рабочей и электрсстат:1чэского поля к амплитуде высокочастотного (на плоскости параметров у = о/и к с = г /г ). При этом выяснено, что в зонах разряда суммарные сияй со стороны стат.месклх ео, но~полей, возврасуакуга электроны к поверхности, ограничены как сверху (иначе нйг резонансных движений так и снизу (из-за потери усто»Кмвоста резонансной фазы). Определен таю® диапазон напряжннсстей е , обуславливающих аторично-Змнссиоиное размногеннэ.

Кратко рассматривается тэкзз влияние наклона магнитостатичэ-ского ¡юля к разрядкой поверхности Сп. 4.1.5). ка стартовые условия '33?Р. Показывается, что с ростом угла наклона я зоны разряда постепенно "проникают" в область болниих маггг.ггостатичэских полей. При » 1 движение электронов поперек поля н мо>гно не

учитывать и устанавливать стартовые условия ВЭРР по аналогии со случаем параллельных полей Е 8 н .

В д. 4.2 дается анализ насыщенной стадии одностороннего BSP? в мап;;гпхггатическом поле [32. 3-4 ], параллельном поверхности. Сбоско-рлязаетсл модель коллективного двнаения электронов в разрядном .eiy-спсе (п.4.2.1), доказывается отсутствие пересечений и обгонов электронных мдарослоев внутри сгустка на всем цикле, исключая кратко-

временные интервалы движения вблизи поверхности, когда пересекается падаздий и восходящей потоки. ^рактерцстикл насыщенного разрядного сгустка - заряд, фазовая ширина, разовое положение в СЗЧ-по-ла - определяется Сп. 4.£. 2). из трек условий тожого воспроизведения сгустка при взанглэдрйствш с поверхностью на каждом цикле (начало и конец движения крайних электронов, преодоление ускорявшим СВЧ-полем запираадэго действия объемного заряда). Результата соответствующего расчета сопоставляются С п. 4.2.35 с имеющимися данным;! экспериментов. При атом установлено, предложенная теория хорошо описывает расположение зон разряда, стартовую напряженность поля, нарастание разрядного тока внутри зоны с уменьшением магшгго-статического поля. Правильно описывается также увеличение разрядного тока с нарастанием коэффициента вторичной эмиссии разрядной поверхности. Небольшим отклонениям теории от эксперимента даны об-яснешш, исходя из принятых расчетных идеализация.

Затем Сп. 4.2.4) рассчитываются мощности, поглощаемые таким разрядом у СВЧ-колебаний и рассеиваемые бомбардировкой в приповер-хкостчом слое металла - до 10е Вт/см2 на сантиметровых волнах. Дается оценка времени установлешш ВЭРР Сп.4.2.5). Оно изменяется пропорционально ( хп <г )"1, и для поверхностей с коэффициентом вторичной эмиссии сг ~ 1,1-1,3 составляет десятки наносекунд. Из-за зависимости а от энергии бомбардировки развитие ВЭРР ускоряется по- мере роста. СВЧ-иоля. Развившийся разряд осуществляет активную и одновременно реактивную подгрузку колебаний, способствует локальным перегревам поверхности и десорбции газов, появлению пла-змообразований ; т. е. может инициировать явления CB4-npo6o.fi.

Н Общем заключении сформулированы основные результаты диссертационной работа..

. ОСВОВНЬЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЬВОДЫ ДОЖРТАЩМ

1. Дан анализ возможных равновесных состояний шггенсгашых НЭП в однородных по длине аксиально-симметричных вакуумных каналах с ведущим магнитным полем при одинаковой полной энергии всех электронов Споследнее требование относится к пучкам, получаемым с экви-потенхщалъкых эмиттеров). Для ламинарных моделей трубчатък РЭП с произвольным вихрем обобщенною импульса найдено аналитическое решение , описывающее эволюцию их интегральных и структурных характеристик Свключая толщину потока, расслоение по скоростям) в зависимости от степени,зашгничэнности пучка. Для максимально плотных (безвихревых) пучюэз трубчатой й сплошной конфигураций определены

предельные toki{ транспортировки р каналах с заданным сторонним ма-гнитньгл полем.

2. Установлено, что в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией (KjJ'SD в практически наиболее интересных вариантах с небольшим отношением радиусов анодного и катодного цилиндров С R(/Rk s 3 ) управление распределением платности тока с помощью изменения формы неограниченно экитт^рушей поверхности торца катода Сс нулевым электрическим полем) может осуществляться лишь в ограниченных пределах; в частности, формирование сплошных РЭП с квазиоднородной плотностью тока невозможно. При формировании с непрофилированного катода Czl1» const на торце) уплотнение РЭП к периферии возрастает с уменьшением R 'R^ а также с ростом релятивистского фактора. .Выравнивание плстгности даже в предела нетолстых стенок трубчатых пучков требует специального п;х>фнлпрования трубчатого катода: согласно расчетам оно досшгаегся с применением профилей, близких к эллиптическим.

Показано, что полный ток РЭП, формируемого в КДМИ с заданным отношением н^/п и при фиксированном напряжении, слабо зависит от его радиального {распределения, так что импеданс КДО1 изменяется несущественно с изменением профиля эмитгирупцей поверхности катода; в 'Го же врюмя радиальные распределения энерпш и концентрации электронов t.tGi'yL' широко варьироваться. Эт положение распространяется и на случай формирования двух соосных пучков; осевш смещением амиттирушлх выступов "двойного" эквипотенциального катода можно эффективно управлять перераспределением токов в рабочем и вспо-могателыюм пучках.

3. Иоследонана эволюция интегральных и структурных характеристик РЗП в КДМИ с изменением изолирующего матитного ноля. При этом на основании как численньп, так и приближенных аналогических решений выявлены особенности преобразования структуры пучка на

- чУ s

участе уеко[х;н»ш ют катода до канала) и определены параметры сформп{хэнапного РЭП. Ib совместного анализа численных и аналитических решений данг рецеп'пы оценок расслоения пучка но осцлллятэрным и дрейфовым скоростям, что необходимо для ог.чхгделения требуемых сторонних ьагапных полей в 1>елятивнстских СВЧ-прпборах че{)енков-ского типа. Отмечено, что при хорошем взаимном соответствии численные и аналитические решения согласуются также с данными известных экспериментов (в пуделях точности измерений).

4. Предложен метод расчета формирования тонкостенного трубчатого РЭП в КДД1 с учетом веточных потоков ионов Сиз коллекторной плазмы) и электронов Сотраженных от коллектора). Показано, чго в

отличие от формирования в пленарных фольговых диодах ионная компенсация «огэт гшиводлть тиаь к небольшому увеличен™ тока РЭИ - до величин, близких к предельному току вакуумной транспортировки; в то время как накопяенкыэ в.канале отраженные электроны (вследствие их переотравешш в окрестности катода) способствуют снижении тока РЭП на величину порядка 10 У, в типичных ситуациях. Эти результаты объяснят дакиш сххшетствуодцс экспериментов.

Б. Найдены яремгниье иякрэш?нты одно,'.годовых осеааЫ&грпчяых и несца-ойтричных колебаний РЗП внутри згмэддяющлх Сдшафрагмирован-ных) волноводов иол различных шгкитостатических полях н и конфигурациях пучка - в областях нэусгоЯчиЕостей на черенковсксм и циклотронном (допларовсксмЭ р&зоиаксах. При небольшой намагниченности поток подвергай, в пар*?/о очередь, несимыатричньи деформациям на циклотронных волнах с единичным азимутальным индексом. Б сильных полях н проявляется, плавным образом, черепковские неустойчивости, при этом инкремент несяилматричных колебаний меньше инкремента симметричных только для ириосевых пучков.

6. Проанализировано влияние соотношения резонансного и нерезонансного нолей Соно зависит от поет и конфигурации пуша) на раскачку черепковских колебаний сильно Ъамагниченнот РЭП в замедлявших волноводах. Показано, чю "динамические добавки" к коэффициенту депрессии нерезокансных сил могут носить определящий характер за счет участия замедляющей системы в формировании нерезонанс-кого поля; рассчитаны коэффициента депрессии для сплошных и аруб-чатых пучков как при заданной частот процесса, так и при заданных волновых числах. НаЯдены временные и пространственные инкремента колебания сплошных и трубчатых РЭП при различных тока;

.7. Для колебаний икгенсивногх) РЭП в волноводе, одпс^юдко заполненном заюгниченной плазшй, показана эволюция днспе^иокных кривых к характера взаимодействия по даре роста тока пучка. Стартовое условие неустойчивости найдено при. произвольном соотношении концентрации пучка и плазмы, в частности, установлена связь "пусковых" параметров пучка и плазмы в отсутствие синхронизма РЭП с собственными модами плазменного волновода. Определены инкремента колебаний для разных'условий взаимодействия волн.

8. Исследованы различные тины поперечных волновых колебаний интенсивных РЭП в каналах с ограничение магнитным полем в условиях, когда роль объемного заряда велика: диокотранныа колебания, волны в системах с азимутальным замедлением, нелинейные радиальные пульсации. Для днокшрояньк статических колзбаний «та пространственных винтовых волн ПНехрипЭонг) показано, что-в практнчес-

кн 1ште(>есных случаях зона неустойчивости трубчатых РЭП и соотношения инкрементов с различим.«! азимутальными индексами п внутри зоны не зависят от релятивистского фактора Св отсугствие ионного фона). Результаты расчетов инкрементов наиболее неустойчивых еидов согласуются с известными данными наблюдений филзментации трубчатых РЭП.

9. Дано релятивистское обобщение аналитической теории магнетрона. № решения внутренней задачи для статического кольцевого потока электронов (вокруг катода диода с магнитной ¡изоляцией) определены характеристики воз.'.южных иредгенерационных состояний -бнд¡химического тепа - и прослежена их эволюция с ростом релятивистского фактора Санадошчныэ состояния могут иметь место и в трубчатых безвихревых РЭП в сопровождающей системе отсчета). № анализа связанных волн элек^хэниого потока и электродинамической системы оценено время установления колебаний в магнег|юнном генераторе - около двух десятков циклотронных иериодо'в. Для расчета динамики-

злектронов Св движущейся с волной системе отсчета) обобщена с уче-

«

том релятивизма аднаоатическая теория движения электрона в одно-¡хздном .магшпххггатическои ноле при несильном возмущении перпендикулярным к нему произвольно неоднородашм электростатическим полем. Построена приближенная теория группирования злекчронов и преобразования анерпш потока в релятивистском магнетроне.

10. Выявлены нуги управления параметрами для максимизации выходной мо^остн релятивистского магнетрона. С учетом основных ограничивающих факто}х>в. Сэлекчроирочность системы, селекция видов колебаний, {изогрев анодз электронной боМбардн|хгакой) получены принципиальные оценки знергоппескпх возможностей релятивистского маг трона и сх*снонана его пе^хшективнисть в качестве источника мелкого Сгш-аватш) короткопшульсного Ссапш наносекунд) излучения на сантиметровых волнах. Результаты теории применены к расчету экспериментальных генераторов6,'повйолшних на длине волны 3 см достигнучъ мовдосш излучения: сначала 0.5 ГШ' (1977г. , ШФ АН), а затем 4 Шг .О 981 г. , <И1 АН - ШФ АН).

5 Нерелятивисгская адиабатическая теория была дана в кандидатской диссертации автора "Некоторые вол]хх;ы теории' ми-нетрона" (ГТУ, г. Горький. 1954г.).

й Результаты этих экспериментов вошли в кандидатскую Диссертацию М. И. Фукса "Исследование элект,х>нных потоков в системах с магнитной изоляцией" (ШФ АН, г. Горький, 1983г. ), выполненной, иод руководством, автора. М. И. Фуксу принадлежит основной вклад в эксперименты.

11. Получена система c-герговых условий для односгго{Х)ннего прлсчена^юго ьторпчно-зшссионного резонансного разряда (ВЭРР) в изолирукцем магтггостатаческом поле. Определены области развития такого ESPP, в •го;,! числе и в присутствие электростатического поля. Установлен диапазон СВЧ-полей, приводящих к разряду Сиз-за ограничений области вторично-электронного размножения критическими аиер-гиями бомбардировки).

П]>е;гло^йна и обоснована модель пристеночного ВЭРР на насыщенной стадии, позволившая рассчитать характеристики резонансного сгустка электронов с учетом его "самовоспроизведения" при взаимодействии с иоверхкостыз. Построенная -пюрпя ко!х>.:;о обьксняет данные известных экспериментов. Определены мощности, рассеиваемые электронной бомбард! ¡¡xjí'kgIi в приповерхностном слое металла (до 105 Бч'/см2 на сантиметровых голчах), и время разв)гпш разряда (десятки наносекунд в типичны» ситуациях).

Обожание полученных результатов позволяет сформулировать следующие научные положения:

- разработанная тисрия транспортировки интенсивных РЭП и их формирования в коаксиальных /2-31 позволяет анализщювать интегральные и структурные характеристики потоков с достаточной для практи -ческих прплсжений Смеяцшу. черекковских СВЧ -I иннш'т^хж) точность»; специальны.! профилированием катодной поверхности можно элективно управлять.величиной рабочего тока пучка и поперечным его распределением, а такжз подавлять паразитные потеки элект{х)нов.

- проведенный анализ волновых колебаний РЭП в изменяемых каналах транспортировки д-ier .ёшмэянсспъ определять области ¡хкл.и -чных неустоПчивоотей и характеристики рзскачхи колебаний г> этих областях с учетом когфн-урацпи пучка, его тока и величины магнито-статнческого поля.

- созданная аналитическая теория ^лятнзистекого магнетрона вск^вает основные закокомернсхгш его работы, указывает пут управления его параметрами для достижения максимально возможных мощно-стей С гагаваттного у{хэвия на сантиметровых волнах), а также поз во-воляет щхэподитъ расчет и раз|йбатку экспериментальных генератором

- подложенные модели и расчеты начальной и разнится стадий пристеночного ВЭРР в ¡'.-.»олируиаек магиитном пола д;шг возможность находить области его возникновения, оценивать врямя усыновления

и отбираемые разрядом >ххщсх?1ч (в частности, в шн{Х)волновых шифраторах.

Основные результаты диссертации опубликованы в работа:

1. Нечаев В. Е. О возможном механизме воздействия вторичной эмиссии на конвекционные токи и характеристики магнетронов // Электронная техника. Сер. i. Электроника СВЧ. 1966. n 2. С. 108-114.

2. Нечаев В. Е., Родионов В. В, Фукс М. И. Линейный анализ волн в цилиндрических ыагнетронных системах, протяганных вдоль оси // Изв. вузов. Радиофизика. 1971. Т. 14, я 2. С. 317-322.

3. Нечаев В. Е. , Фукс М. И. О неустойчивости бриллшновского потока электронов в волноводе с импедансной стенкой /V ГЬв.вузов. Радиофизика. 1973. Т. 15, к 5. С. 960-952.

4. Нечаев В. Е. К вопросу о взаимодействии релятивистского пучка электронов с - шиз мой в волноводе /У Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16, N 4. С. 613-621.

5. Нечаев В. Е. К вопросу о предельных токах релятивистских электронных пучков в вакуумных каналах, у/ Физика плазмы. 1977. Т.З, N 1. С. 112-117.

6. Нечаев В. Е., Петелин М. И., Фукс М. И. О перспективах использования релятивистских электронных готоков в приборах магнетронного типа у/ Письма в ЖГФ. Т. 3, n 15. С. 763-767.

7. Нечаев В. Е. Неустойчивость пучка релятивистских электронов в диа^рашпрован.чом волноводе. I. СОбеде положения, тлый объемный заряд) /У Изв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, м 4. С. 538604.

8. Нечаев В.Е. Неустойчивость пучка релятивистских электронов в диаЗрап-шрованном водаоводе. и // l-Ъв. вузов. Радиофизика. 1977. Т. 20, л 5. С. 745-757.

Э. Нечаев В. Е. , Фукс М. И. Формирование трубчатого сильноточного пучка релятивистских электронов в системах с ;.ai-ниткой изоляцией // Коллективные методы ускорения: Труды и Международного симп. -Дубна: 0ИЯИ, 1377. С. 240-243. .

10. Нечаев 8. Е. , Фукс М.И. Формирование трубчатого сильноточного пучка релятивистских электронов в системах с магнитной изаляци ей С приближенный расчег) /у ЖГФ. 1977. Т. 47, я 11. С. 2347-2353

11. Ковалев Н. Ф. , Нечаев В.Е., Петелин М. И. Фукс Ы. II К вопросу о паразитных токах в сильноточных диодах с магнитной изоляцией у Письма в ЖГФ. 1977. Т.З, я 9. С.413-416.

12. Ковалев Н. Ф., Кольчугин Б. Д., Нечаев В. Е., Офицеров М. М., Со-луянов Е. И., Фукс М. II Релятивистский магнетрон с дифракционнь

выводом электрокогшггного излучения // Писька в ЖГФ. 1977. Т. 3 N20. С. 1048-1051.

13. Нечаев В. Е. , Фукс М. И. Армирование сильноточных релятивистских электронных пучков // .Лекции по электронике СВЧ -Саратов СГУ, 1978. T.'i. С. 102-129.

14. Нечаев В. Е. , Релятивистски гтвариантеая фэрма дисперсионных уравнений электронных приборов типа "0" /V Кэлэбатеяьиыэ явления в потоках заряженных частиц. -Л: СЗПй, 1S78. С. 30-32.

15. Гсржова И. А. .Зайцев Н.И. .Нечаев В. Е. .Свешников В. М. ,Ф/кс М. И. Теоретические к экспериментальные исследования структуры электронных пучков, формируемых коаксиальным диодом с мапг.ггкоЛ изоляцией у/ hi Есеосазный симп. по сильноточной ишуяьсксГг электронике: Тез. докл. -Томок: ГСЭ 00 АН СССР, 1978. С. 33-25.

16. Нэчаев В. Е., Солуячов Е. И. , Фукс М. И. Управление тою:,? трубчатого-пучка злекгфонов с помэдьо экранирующего пучка в диоде с магнитной изоляцией У/ Письма в ЖГФ. 1ST79. Т. 5, n 2. С. 113-116

17. Бугаев С.П., Ильин В.а , Копелев В.И., Месяц Т.к. .Нечаев В.Е., . Усов Ю. П. , Фукс М. И., Яблокоз Б. Н. , Формирование сильноточных релятивистских электронных пучков для мошдах генераторов и усилителей СВЧ // Релятиькстская высокочастотная электроника: Сб. научи. тр. -Горький: 1ВТФ АН СССР, 1979. С. 5-75.

18. Нэчаев В. Е. , Сулакшин А. С., Фукс И. И., Шгейн Ю. Г. Релятивистский магнетрон // там же. С. 114-129.

19. ■ Нечаев В. Е. Формирование электронного потока в коаксиальной

пушке в сильном магнитном поле // Физика плазмы. 197S. Т. 5, n С. 706-710.

20. Zajtsev N.I., Korabljov G.S., Hechajev V.E., Ofitserov М.Я., Fuchs М.1., Shemjakin B.P. Pecularities of the high-current beam formation for the relfttivistic oicrow&ves oscillators // Proc. of 3rd Int. Top. Ccrif. on High Power Electron and l'on Be as. -Novosibirsk: 1979. Vol.2. P. 74 9-752 .

21. Бляхшн Л. Г., Нечаев В.Е. Условия возникновения вакуумного резонансного СВЧ-раряда в магнитостатаческом поле // IX Bceco.cs. конф. . по электронике СВЧ: Тез. докл.-Киев: КШ, 1973. Т. I. С. 4С

22. Горшкова И.А. .Ильин В.П. .Нечаев В.Е. .Свешников В.М. ,4укс МП Структура сильноточного релятивистского электронного пучка, формируемого коаксиальной пушкой с магнитной изоляций // ЖГФ. 1930. Т. 50, N 1. С. 109-114.

23. Еляхман Л. Г., Нечаев В. Е. Условия возникновения вакуумного резонансного СВЧ-разряда в к<ап«гшстатичаском поле // -КГФ. 1930. Т. 50, N 4. С. 720-727.

. Болотов В. Е. , Зайцев H. II, Кораблев Г. С., Нечаев В. Е., Сомин-ский Г. Г., Ныбин О. Ю. Исследование воомсаиости диагностики сильноточных релятивистских пучков методом ионного тока // Письма в ЖГФ. Т. ß, N 16. С. 1013-1016.

. Зайцев В.Е. , Кулагин И. С., 1кГчаев В. Е. О влиянии потока ионов га коллекторной плазмы на формирование сильноточного электронного пучка в коаксиальном диоде.с магтштной изоляцией /У Физика плазмы. 1981. Т. 7, к 4. С. 779-753.

. Зайцев H.H., Кораблев Г. С.. Кулагин И. С. .Нечаев В.Е. О влиянии потока отраженных электронов на формирование сильноточного РЭП в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией // Письма в ЖГФ. 1981. Т. 7, N 11. С. 673-678.

'. Chekanova L.N., Fuchs M.I.» Kolonenski A.A., Kovaljov N.F., Krastelev E.G., Kusnctsov V.l., Maine A.M., Nechajev V.E.,

Ofitserov H.H., Petelin M.I., Papadichev V.A. Investigation of

«

powerful microwave generation in relativistic magnetrons // Proc. of IY Int. Top. Conf. on High Power Electron and Ion Fteaass. -Palaiseau:'1981. Vol.2. P.839-846.

I. Зайцев H. И. , Кораблев Г. С. , Кулапгн I!. С. , Нечаев В. Е. О влиянии встречных потоков частиц на характеристики сильноточного рэ.'М-идuejcKOi-о элекцюннот пучка, фарлгруемог-о диодом с магнитной изоляцией // Физика плазмы. 1982, Т. 8," я 5. С. 918-924.

}. Нечаев В.Е. О возможностях анатнгл twee кого рассмотрения форш-рования РЭП в коаксиальном диоде при различных изолирующих штитных полях // IV Всесхихз.счич. по сильноточной электронике: Тез. докл. -Томск: ТСЭ СО АН ССХр 1982. 4.1. С. 241-244.

>. Гром Ю, Д. , Нечаев В. Е. , Офицеров M. М. ,' Сергеев А. С., Фукс M. И О возможности управления ноиернчным распределением плотности РЭП в коаксиальном диоде с магиитной изолягцгей у/ Там жв С. 163-16В,

!. Нечаев В. Е. Лиокстгрокная неустойчивость замагинчекных трубчатых электронных пучков // 1Ьв. вузов. Радиофизика. 1982. Т.г5, н 3. С. 1067-1074.

I. Александров А. Ф., Бляхтн Л Г. , Галузо С. Ю., Нечаев В. Е. Пристеночный вторично-эмиссионный разряд в электронике больших мощностей // Релятивисгасая высокочастотная электроника: Сб. научн.тр. -Горький, АН СССР, 1983. Выи.З. С.219-240.

3. Нечаев В. Е. Приближенное аналитическое решение задачи формирования рёлятавистского электронного пучка в коаксиальном диоде при различных изалнрущих манцггных полях // Изв. вузов. Радиофизика. 1984. Т. 54. N5. С. 628-634.

34. Еляхман Л. Г. , Нечаев В. £. Пристеночный вторично-ешссионный СВЧ-разряд в изолирующем магнитостатическом поле /V ЖГФ. 1984. Т. 54, N 11. С. 2163-2168.

35. Нечаев В. Е. Равновесные структуры интенсивных РЭП, направляемых внешним магнитным полем // у Всесоюз. симп. по сильноточно электронике: Тез. докл. -Томск: ИСЭ СО АН СССР, 1984. Ч х.

С. 171-173.

36. Горшкова М. А. .Нечаев В.Е. Безвихревые состояния релятивистских электронных потоков трубчатой и кольцевой конфигураций в магни тном поле // Изв. вузов. Радиофизика. 1983. Т. 29, N 7. С. 833-88

37. Гром Ю. Д. , Нечаев -В. Е. , Попова Г. С., Свешников В. М. Расчет фордфоващш сильноточных РЭП в диодных пушках с магнитной изоляцией // у* II бсесосзный семинар "Методы расчета ЭОС": Тез. докл. -Л.: :ЛГИ, 1985. С. 105-106.

38. Гром Ю. Д. , Нечаев В. Е. Расчет формирования интенсивных трубчатых РЭП при разльйных ограничениях тока в инжекторах магнет-ронного типа // IX семинар "Методы расчета ЭОС": Тез. докл. -Ташкент: изд. "Фан", 1988. С.202.

39. Нечаев В. Е. , Иыбин 0. Ю. Аналитические решения для некоторых нестатических режимов прикатодного потока электронов в скрещен ных полях // х Всесоюзный семинар "Методы расчета ЭОС": Тез. докл. -Львов: ЛГУ, 1990. С. 109.

40. Гром Ю. Д., Кремер И. А. , Мануйлов В. Н. , Нечаев В. Е. , Урев М. В. Моделирование ЭОС, форг.пгрующей сплошной РЭП с сильной магшпно] компрессией при допустимых ограничениях на осцилляции электронов // Там ж. С. 144.

41. Нечаев В. Е. Магнетрон // Физическая энциклопедия. -М: "Сов. энциклопедия", 1990, Т.2. С.642-645.

42. Нечаев В. Е. Аналитическая теория фондирования трубчатых электронных пучков различной толщины в силноточных коаксиальных диодах с магнитной изоляцией // Изв. вузов. Радиофизика. 1991. Т. 34, N 9. С. 1027-1040.