Формирование сильноточных электронных пучков микросекундной длительности для генерации мощного СВЧ-излучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

ГГ5 ОД

о г>

I

На правах рукописи

ГАРКУША Олег Владимирович

ФОРМИРОВАПИ1-: сильноточных электронных ПУЧКОВ МИКРОСККУНДНОЙ длительности ДЛЯ П-Л ГРАЦИИ МОЩНОГО СВЧ-ИЗЛУЧННИЯ

01.04.20 - Фишка пучкоп заряженных частиц н ускорительная техника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

Москва, 2000г.

Работа выполнена » Московском государственном инженерно-физическом институте(техническом университете)

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Школьников ЭЛ.

доктор физико-математических наук, зав. лабораторией ■института обшей физики РАН Стрелкой П.С.,*

кандидат физико-математических паук, с.н.с. ; физического института.им. П.Н.Лебелева РАИ Крастелег» I-.1".

Московский Радиотехнический институт (МРТИ) . ■...-'.'.-..

Защита состоится 19.06.2000г. в 16 час. и конференн-задс на седанни диссертационного совета К053.03.07 в • МИФИ по адрс 115409, г.Москва, Каширское шоссе, 31, тед.32-4-К-1:9Х, 323-01-67.

С днсссртаииеп можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Просим принять участие в работе диссертационного совета прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью оргаш

ци и.

Автореферат разосла

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент ~

а и

2000г.

И.С. Щедрин

2

ьъъя.^ц.оз

Общая характеристик':) работы. '-.'-.■■ • -Актуальность 'работы. В настоящее время сильноточные электронные ■ пучки (С.ЭП) находят широкое применение' в различных физических и технологических исследованиях, среди которых можно отметить генерацию -жесткого рентгеновскою или мощного элсктромапщтного получения.-коллективное ускорение' поноп, управляемый .термоядерный спите?, модификацию поверхностей различныхматериалов. Для решения ряда фундаментальных и прикладных задач в указанных направлениях- необходимо ' создание- источников мощных СВЧ-колсбанин с 'длительностью СВЧ-нмпульса порядка нескольких микросекунд:

В то. же время получение мощного мпкроеекуидпого СВЧ-пзлучеппя сопряжено с рядом принципиальных трудностей. Одна из них связана с необходимостью стабильной генерации сильноточных электронных пучков с формой импульса тока, близком к прямоугольной. Для этого требуется наличие высоковольтного источника напряжения (ВВИН) микросекундпой длительности с отношением длительности импульса к длительности (фронта порядка 100. Другая проблема заключается в том, что при уровне мощности порядка 0,1-1,0 ГВт напряженность электрических полей в резш шторной структуре достигает 1-10 МП/см, а длительность- импульса тока пучка достаточна для ионизации остаточного таза и разиитнн пробоя, ограничивающего уровень и длительность генерируемой мощности.

В последнее время ,чля повышения мощности и длительности СВЧ-излучеппя активно используются СВЧ-генерагоры на основе систем с виртуальным катодом- внрклторм. Этот тип СВЧ-приборов охватывает диапазон от миллиметровых до дециметровых дайн волн, для них характерны простота перестройки но частоте, компактность, отсутствие жестких требований к качеству пучка, характерных для других типов СВЧ-генераторов.

• -. ■. Целью диссертации является: разработка и создание сильноточного электронного ускорителя микросекундной длительности на основе высоко-

вольтного источника напряжения с использованием различных типов формирующих линий; исследование формирования стабильных, сильноточных электронных пучков длительностью до 10 мкс с формой импульса тока, близкой к прямоугольной; анализ механизма взаимодействия микросскундпых СЭП с аксиальными резонансными структурами; разработка новых схем СВЧ-генсрагора на виртуальном катоде микросекундной длительности.

Научная попизнп работы заключается в следующем.

Разработан и создан сильноточный ускоритель микросекундной длительности для генерации сильноточных электронных пумко'й с энергией до 0,5 МзВ, током до ¡,5 кА, длительностью импульса тока до !0 мкс с формой импульса тока, близкой к прямоугольной. Впервые экспериментально исследована схема высоковольтного источника напряжения на основе формирующих линий, позволяющая пространственно разнести высоковольтный и радиационный блоки ускорителя на расстояние до 50 м. •

На основе разработанных и исследованных конфигураций катодных узлов впервые проведено регулирование параметров микросекундных сильноточных пучков в широких пределах.

Впервые экспериментально подтвержден механизм взаимодействия сильноточного электронного пучка микросекундной длительности с коаксиалыюГ двухрезонаторнон структурой.

Впервые получены модулированные сильноточные электронные нучкт длительностью до 4,5 мкс с частотой модуляции 300 МГц и глубиной модуляции, близкой к 100%.

Использование предварительно модулированного сильпотрчного элек тронного пучка позволило впервые получить к внркаторе СВЧ-излучеппе дай телыюстыо 3,0 мкс. " ■

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты исследований но генерации электронны: пучков позволили сформировать стабильные сильноточные пучки длительно

стыо до 10 мкс с крутым фронтом импульса тока, показана позможность транспортировки таких пучков без потерь на расстояние до* двух метров с использованием системы соленоидов различной протяженности. Сильноточный электронный ускоритель может быть эффективно использован для решения широкого круга прикладных задач.

Блочная схема построения электронного сильноточного ускорителя позволяет подключать электронный инжектор к различным источникам высокого напряжения через коаксиальную линию.

Предложенные конструкции катодных узлов позволяют регулировать амплитуду » длительность импульса тока сильноточного пучка микросекундной длительности без существенного изменения импеданса электронного инжектора, разметенного в магнитном поле пробочной геометрии.

Полученные результаты использованы при практической реализации новых схем генераторов мощного СВЧ-излучсния микросекундной длительности, а также при модификации поверхности различных материалов с помощью сильноточных электронных пучков.

На защиту выносятся. *..

¡.Результаты разработки, создания и исследования режимов работы сильноточного ускорителя электронов микросекундной длительности.

2. Результаты исследований по формированию в магнитном поле пробочной геометрии стабильных сильноточных пучков микросекундной длительности с формой импульса тока, близкой к прямоугольной.

3. Результаты анализа влияния величины давления остаточного газа в канале транспортировки на формирование микросекундных СЭП.

4. Результаты исследования взаимодействия СЭП с коаксиальной двухрезона-торнон структурой.

5. Результаты исследований по генерации мощного СВЧ-излучения микросекундной длительности в различных схемах внркаторов.

Достоверность научных незультато|уп0дп!ерждается сравнением с известными экспериментальными и теоретическими результатами, многократными сравнениями результатов'расчетог. с использованием различных численных моделей с экспериментальными исследованиями и аналитическими решениями тестовых задач, большим объемом измерении с дублированием их различными способами. •

Апробация работы. Основные результаты работы, положенные г> основу диссертации, докладывались на: Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики нее приложении"' (Москва, 1990 г.); VÜ1 Всесоюзном 'симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск,.1990 г.): IX Всесрмшом симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск, 1992 i .): Восьмом совещании'по применению УЗ1! в промышленное™ и 'медицине''.(Санкт-Петербург. 1995 г.); Научных сессиях МИФИ-98 (Москва, 199S г.). МИ ФИ-99 (1999 г.). МИФИ-2000 (2000 г.), >'

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах. Список основных печатных работ но теме диссертации приведен в конце астреферакг . ,

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 144 источника, из которых 17 являются публикациями автора по теме диссертации, приложения. Общий объем работы 153 страницы, из них 137 страниц основного текста, 54 рисунка, 20 таблиц.

Содержание работы. Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель п основные положения, выносимые на защиту'

Первая глина посвящена обоснованию выбора структуры электрониогс сильноточного ускорителя микросекундной длительности, разработке и исследованию его основных систем: высоковольтного источника питания, .электрон-ното инжектора, системы транспортировки и информационно-измерительно?

системы. На рис. I изображена структура силы теля, стрелками указано направление передачи

.поточного сигнала*.

ол е етро и н о го ус кор и -

П|() |п — >■ Ко^ и и \ мои

ИФЛ К-Ь11:п>'|1с1

. Ц'юк ■

•<—.-

ними

рт ;р5(.1> и [кон —-—

4

ос

Высоктаигп.щын Гпш;

Дпкш

1 кн кп>;.т!

С пи.ютмм.»

ДИ.-Д

силсм;!

С'юсма

^гапмшоимыи шок"

Остимл. уцтхиы н*

■^илска

Ииформлиюшку тмф|лслыт - система

1x104' упцтлс'шт ч щк|юрмацнн

" Рис.1 Структурная схема электронного сильноточного ускорителя.

Показано, что применение из постных схем импульсных генераторов, например с [.С-коррекцпси фронта "или с использованием искусственных формирующих линии (ИФЛ) в качество элементов схемы Лркадьева-Маркса, .не позволяет па практике получить высоковольтный импульс выходного напряжения с отношением длительности импульса к длительности фронта порядка 100. Для формирования па нагрузке мйкросскупдпого импульса напряжения с крутым, фронтом был использован способ,последовательного соединения длинной линии с ИФЛ через корректирующую КЬ-цепочку. Достоинством предложенной схемы является возможность пространственного разнесения высоковольтного н радиационного блоков на расстояние до 50 м, а также подключение через высоковольтный коаксиальный кабель любого другого источника.

Конструктивно высоковольткий источник напряжения (ВВИП) состоит из 8 каскадов ИФЛ, каждый пз которых'содержит три конденсатора ИК-100-0,4 и две индуктивности по 3,6 мкГп. В качестве длинной линии выбран высоковольтный коаксиальный кабель КПВ-300/1, который заряжается до того же напряжения, что и конденсаторы п ИФЛ. Переключение каскадов ВВИН из парал-

>

лелЫ10Г0 соединения в последовательное осуществляется с помощью четырех трехэлектродных газовых разрядников. '

Для выбора окончательного иарианта схемы источника был выполнен численный расчет его параметров и (¡юрмы импульса выходного напряжения. При этом особое внимание было обращено на учет влияния элементов корректирующей пеночки, сопротивления нагрузки, а также паразитных параметров элементов ИФЛ на амплитуду и форму выходного напряжения. По результатам численных р-тсчеток были определены параметры импульсного источника 'напряжения: амплитудное значение выходного напряжения па нагрузке 50 Ом -420 кВ, длительность импульса напряжения - Юмке,.'длительность фронта'импульса напряжения - 50 не, запасенная энергия при.зарядном напряжении 80 кВ - 30,7 кДж, ; ' . , ; ■■

Составными элемен тами ускорителя являются обостряющий и срезающий разрядники, предназначенные, соответственно, для сокращения длительности' фронта импульса напряжения и управления длительностью импульса пыходеюго напряжения. Анализ геометрии обоих разрядников выполнен в три 'этапа: расчет идеализированной модели ; корректировка напряжения пробоя с учетом эмпирических поправочных коэффициентов; оптимизация формы электродов с помощью численного моделировании но программе "I-.ST" . Па рис.2 приведена выбранная геометрия разрядников, расположенных в едином блоке с электронным инжектором.

При создании электронного инжектора был применен комбинированный высоковольтный изолятор (оргстекло, трансформаторное масло), усгранеп:1 возможность появления паразитных токов с катодного штока на корпус инжектора, обеспечена допустимая для вакуума напряженность электрического поля.

В состав единого блока электронного инжектора (рис.2) входят : высоковольтный коаксиальный кабель 1СПВ-300/1 (I); узел ввода высоковольтного кабеля (2); разделительная диафрагма (3); обостряющий двухэлсктродиый разрядник (4); срезающий разрядник (5) трпгатропного'ттша; собственно инжектор.

содержащий: катодный шток (6), заземляющий электрод (7), комбинированный высоковольтный изолятор (трансформаторное масло (8а), оргстекло (86)), градиентные кольца (9), охранный электрод (И))," корпус инжектора (II). Катод-анодный блок (12) электронного инжектора размещен в магнитном поле про-

Спстема транспортировка электронного пучка состоит из двух генерато--ров импульсных токов (ГИТ) и трех соленоидов: два (длиной 0,8 м) являются базовыми, а третий (длиной 0,15 м ) - вспомогательным. Каждый ГИТ содержит' 40 конденсаторов ICI IИ-7 и игнитронный блок запуска. Отличительной особенностью конструкции соленоидов является размещение дополнительных тиков на его краях для компенсации спала магнитного ноля. Вспомогательный соленоид с двухсекционной намоткой предназначен для коррекции спада магнитного поля между базовыми соленоидами при протяженности системы фокусировки (_'">!! до 2 м, либо для создания однородного магнитного поля длиной порядка I м за счет последовательного подключения сто с базовым соленоидом.

Информационно-измерительная система включает в себя первичные преобразователи тока и напряжения, блок- аттенюаторов, систему обработки ин-

формации на основе осциллографов С8-14, С9-4А, С9-8, С9-27 п ЭВМ типа РС АТ-486. ■ . ■ •-

. Вгорлм глана посвящена исследованию формирования СЭП мнкросс-кунднои длительности в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией с Помощью различных катодных узлов. На рис 3 приведена типичная схема эксперимента. Величина магнитной индукции на осп соленоида'изменялась от 0,3 до 1,2 Тл, пробочное отношение варьировалось-от 1,1 до 10'перемещением катода или осп соленоида. Диаметр канала транспортировки СЭП равнялся 3,6 см, а

Рнс.З Схема эксперимента по формированию мнкросекупдных СЭП

(1 - катод, 2 - анод, 3 - шунты противотока, 4 - соленоид, 5 - измеритель срсдие!1 скорости электронов, 6 - капал транспортировки, 7 - цилиндр Фарадся).

Установлено, что при величине 'магнитной индукции на оси соленоида меньше 0,5 Тл электронный пучок на расстояние порядка 1 м не транспортировался. Для напряжении ннжекцин порядка 150-200 кВ была подобрана опги-мальная величина Индукции магнитного поля, равная 0,9 Тл, позволяющая формировать ток пучка с длительностью''импульса до 5,5 мке. При значениях напряжения и'ижекцип 300-350 кВ увеличение индукции магнитного поля более !,1 Тл не приводило к увеличению длительности импульса тока пучка. .

Была исследована зависимость генерации стабильных СЭП в магнитном поле пробочной геометрии от материала катода, выполненного из латуни, нержавеющей стали, вольфрама, углерода и ряда других металлов...Наименьший

разброс по величине и длительности характерен для катодов, выполненных из тугоплавких материалов. Установлено, что для генерации стабильных СЭП мпкросскупдпой длительности целесообразно использовать катоды in углерода. 11ри этом импеданс сильноточного диода практически постоянен во времени.

Анализ экспериментальных данных по формированию СЭП в .неоднородном магнитном поле пробочной геометрии позволил сделать выводы, что для повышения повторяемости импульсов тока и устранения высокочастотной мо. дуляцпи на импульсе тока целесообразно размещение катод--анодного промежутка в неоднородном магнитном.'иоле с пробочным отношением от 3 до 5. I? соответствии с этим были .сформированы'трубчатые пучки с током до 1,5 кА, длительностью до 5,5 мке с высокой степенью повторяемости.

Для получения СЭП мнкросекундпой длительности с равномерным распределением плотности тока по сечению были использованы конические каго-• ды из синтетических материалов. С помощью катода, покрытого бархатом, были сформированы электронные пучки с однородным распределением плотности тока по ссчеиию диаметром.до 3,0.см амплитудой тока до S00 А и длительностью импульса тока до 7 мке .

С цслыо получения и управления параметрами .сильноточных пучков с формой импульса тока, близкой к прямоугольной, проведено исследование двух катодных узлов: с фиксированной 'линией задержки и двухкромочного цилиндрического катода. При лом для катодного узла с фиксированной линией задержка! при напряжении ипжекшт 270 кВ максимальное значение тока пучка составило 320 А при длительности импульса тока 9,0 мке.

Для конфигурации 'катод-анодного промежутка, изображенной на рис.3, был исследован цилиндрический двухкромочный катодный узел. За счет изменения расстояния между кромками удалось варьировать пнжскцноиныи ток СЭП от. 1000 до 1300 А практически без изменения общей геометрии катод-анодного промежутка. Анализ работы катодного узла в магнитном ноле пробочной геометрии показал, что в-течение большей части импульса импеданс

и

сильноточного диода практически, постоянен. Использование двухкромочного кагода позволило сформировать силыюючиыи.пучок спандучншм соотношением величины и длительности импульса тока при его высокой скорости нарастания.

Исследовано влшпи'е давления остаточного ra ta в сш/ы/оточиом диоде на амплитуду и длительность формируемого импульса тока пучка. Вакуум к системе менялся в пределах (0,3 - 2,0)*!0"''Торр. Получены зависимости скорости роста импульса тока пучка и его длительности от давления остаточного газа для двухкромочного катода. Улучшение вакуума ведет к уменьшению скорости роста импульса тока ОН и увеличению длительности импульса от 2,2 мке при давлении I ,S*I0 '' Торр до 4Ч5 мке при давлении менее *Í4)¡)(). :

При этом форма осциллограмм Импульсов тока при вакууме ¿ ЗМО^Торр

является транециндалыюи. В связи с этим был проведен теоретический анализ

процессов формирования и транспортировки сильно замлгиичепного электроне .

пою пучка микроеекупднои длительности при его нижешии в нейтральный газ низкого давления. Исследования показали, что при длительности импульса более чем 2,5+3 мке для диапазона давлении 10"'-10"'' Горр происходит почти полная ионизация саза. Поэтому необходимо анализировать распространенно сильноточного электронного пучка не в газе или в вакууме, а в плазме (полностью или част ичпо-иоппзовапион). По-видимому, существенное изменение условий транспортировки ОН в канале дрейфа приводит' к изменению формы импульса тока пучка с одновременным увеличением его длительности.

Третьи глаиа посвящена выбору аксиально симметричного устройства для формировании модулированных Oil микроеекупднои длительности и исследованию механизма работы такого устройства. В резудьтаю анализа способов получения модулированных ОН микроеекупднои длительности выбрана структура из четвертьволновых коаксиальных резонаторов. .

Проведено численное моделирование и экспериментальное исследование взанмодеиегвия сильноточного электронного пучка с одним коаксиальным чет-

вертьволповым резонатором. Анализ лого взаимодействия показал, что наличие зазора п дрейфовой трубке ведет к сокращению величины предельного тока, способного транспортироваться через резй'патор. Кроме тою крутой нередкий фронт пучка, влетающего в резонатор, индуцирует переменное электромагнитное поле в резонаторе, модулирующее электроны ио.скоросгямт а-при превышении некоторого критического значения тока пучка 1! области зазора коаксиального резонатора происходит модуляция тока пучка.

системы из двух коаксиальных четвери.волновых резонаторов:!- кагод, 2-анод, 3 - шунт противотока, 4 - канал транспортировки, 5 - соленоид, 6 - коаксиальным резонатор, 7 - магнитный зонд, 8 - цилиндр Фарадея.

Па рис.4 изображена схема установки для получения модулированных СЭМ с помощью системы из двух коаксиальных четвертьволновых резонаторов. Серия экспериментов была выполнена для напряжении нижекцнп в диапазоне 150-350 кВ. Особое .внимание в экспериментах но модуляции тока СЭП было улелеио факторам, влияющим па длительность и эффективность модуляции тока. Для этого менялись условия формирования СЭП, параметры и геомстрнче-скис размеры резоиаториой структуры, а также величины внутреннего диаметра п зазора резонатора. Установлено, что существует оптимальное значение величины зазора, при которой амплитуда колебаний максимальна. При величине зазора, равнин пли близкой диаметру внутреннего коаксиала, взаимодействие СЭП со структурой является наиболее эффективным. Из анализа полученных

it

осциллограмм видно, что ВЧ-колебаиня возникают в ссрслиис длительности фронта при токах не менее 200-300 А. При определенном соотношении расстояния между зазорами и длины резонатора появляются две зоны модуляции или биения. Наибольшего значения глубина; модуляции достигала при расстоянии между зазорами, раглюм длине резонатора - 238 мм. Глубина модуляции зависела от геометрических параметров пучка. 11аиболее эффективны оказались трубчатые пучки диаметром 1,3-1,8 см при внутреннем диаметре трубок дрейфа 4,0 см. Сокращение фронта импульса'тога за счет перехода к двухкромочпым. катодам приводило к увеличению амплитуды модуляции.'Длительность зоны модуляции возрастала при понижении давления остаточного газа до 5* 10"" Topp и при дополнительной откачке. Сделай вы вод, что важную роль в срыве модуляции играет величина давления остаточного газа.

Исследования временных характеристик .модулированного СЭП для двух

кромочных катодов показали, что частота модуляции близка к собственной часе

тоте основного типа колебании в резонаторах и стабильна в течении импульса.

При взаимодействии двухкромочпого катода с системой из двух коаксиальных резонаторов была получена 95-100% модуляции тока СЭП длительностью 3,5 мкс. Среднее значение тока пучка с цилиндра Фарадея при этом составило 850 А, что несколько ниже, чем для тех же значений тока без резонаторов. При напряжении ппжекцпн. 150 кВ величина среднего тока понизилась до ■100 Л. a :t:uuc;u,iiocn, зоны модуляции составила -1,5 мкс.

• В ходе исследований по взаимодействию СЭП с двухрезона торной структурой были экспериментально проанализированы способы управления длительностью и глубиной модуляции. Проведено сравнение различных схем модуля-цин СЭП в четвертьволновых коаксиальных резонаторах: пассивной схемы, схемы евнешнеп накачкой одною или обоих резонаторов от ВЧ-генератора, а 'также схемы с обратной связью, т.е. с установлением дополнительной электрической связи между резонаторами. Установлено, что для схемы с обратной связью характерны наибольшая длительность, глубина и стабильность модуляции.

14

. ./ Другом способ управления.параметрами модулированного СЭП основан па варьировании величины магнитного поля в лренфовом промежутке между зазорами'двух резонаторов. Величина магнитного, ноля в промежутке между зазорами В,„ на 10-30 % превышала значение однородного магнитного поля на оси соленоида В„. Получены зависимости частоты модуляции и коэффициента Модуляции -от величины Вш/В0. Применение магнитного поля пробочной геометрии позволило в пределах до 20% регулировать частоту модуляции.

\ Усыновлено появление нагара и точечного оплавления боковой степкп второго резонатора, что характерно для образования плазмы. Причина появления. плазмы/заключается в возникновении паразитных токов с торцевой поверхности внутреннего коакенала,'поскольку средняя напряженность электрического поля в зазоре резонатора превышает 100 к В/см. Образование плазм:.! в зазоре п электрический пробой промежутка..второго резонатора из-за ионизации пучком остаточного газа ведут к .'срыву ВЧ-колебаппй и прекращению модуляции.

Анализ Проведенных исследовании подтвердил клпетронный механизм взаимодействия СЭП сдвухрезонаторной структурой. С помощью пояса Рогов-ского, размещенного между резонаторами, было измерено значение тока пучка, циркулирующего между двумя резонаторами, lïro величина составила 200 А. Установлено, что на/длительность п эффективность модуляции тока СЭП при его взаимодействии с пассивиоп коаксиальной резонаторной структурой оказывают- влияние амплитуда напряжения в зазоре выходного резонатора, энергия и геометрия'электронного пучка, скорость роста импульса тока. Основой для высокоэффективной модуляции СЭП является накопление в пространстве между резонаторами достаточного количества'отраженных, электронов, т.е. создание между коаксиальными резонаторами положительной обратной связи.

Четвертая глава посвящена генерации микросекундного излучения в СВЧ- приборах lia" виртуальном.катоде. Проведен анализ различных схем СВЧ-генераторов на виртуальном катоде. "

В ходе экспериментов было'-зарегистрировано СВУ-излучсиие в традиционной схеме виркатора длительностью до 2,0 мкс. Задержка ооявления СВЧ-сигиала от начала импульса тока пучка составляла 0,7+0,8 мкс, что соответствовало величине тока пучка 800-850 А I! хороню совпадало с расчетным значением предельного тока СЭГТ для трубчатого пучка. Импульсы коллекторного тока были промодулированны с момента начала СВЧ-генерации и до конца импульса. Для двухкромочпого катода, была исследована зависимость амплитуды волны /•-'„ в внркаторе от величины инжектируемого тока СЭГ1. Изменение тока пучка осуществлялось перемещением рабочих кромок катода относительно друг друга. Полученная зависимость /•."„ =/(/„) близка к линейной. -

На основе разработанной методики было, проведено измерение частоты СВЧ-излучения. Первоначально определялся частотный диапазон СВЧ-излучения методом резонансных фильтров, б качестве которых использовались ферритавые вентили. Затем измерялась несущая частота СВЧ-сигн;ша .методом гетеродина с использованием запоминающего осциллографа С9-6.

Для увеличения длительности СВЧ излучения была предложена схема виркатора, в которой осуществлено взаимодействие модулированного по плотности СЭП с СВЧ-резонатором. В качестве модулятора предложена пассивная структура из двух четвертьволновых коаксиальных резонаторов!

.5 / 6

л/ууу

7

—л/-,.

.....--------------------

Рнс.5. Схема виркатора с предварительной модуляцией СЭП (1 -катод, 2 анод, 3 - шунт противотока, 4 - канал транспортировки, 5 -соленоид, 6 коаксиальные четвертьволновые резонаторы, 7 - магнитные зонды, 8 - СВЧ резонатор, 9 - цилиндр Фарадея).

.На рис.-5 изображена схема виркатора с предварительной модуляцией тока СЭП. Исследования .показали, что длительности СВЧ-нзлучсния, по сравнению с традиционной схемой виркатора, увеличилась и достигла 3,0 мкс. Мощность излучения более равномерно распределена в течение импульса.

Проанализированы причины срыва СВЧ-гспсранпп в виркаторе. Установлено, что за-время сравнимое с длительностью импульса тока (порядка нескольких микросекунд) величина критического тока становится больше максимального значения импульса тока пучка, что приводит к нарушению условия фор. мированпя виртуального катода.

Размещение СВЧ-геиератора па виртуальном катоде в магнитном поле пробочной геометрии позволяет регулировать частоту СВЧ-излученпя в широких пределах.'

Основные результаты диссертации сводятся к следующему:

1. Разработан сильноточный электронный ускоритель прямого действия с параметрами : напряжение нпжекции до 400 кВ, ток пучка до 1,5 кА, длительность импульса тока до 10 мкс. Отличительными особенностями ускорителя являются возможность пространственного разделения высоковольтного источника напряжения и электронного инжектора на расстояние до 50 м; компактность электронного инжектора за счет использования комбинированного изолятора; формирование высоковольтного импульса напряжения длительностью до 10 мкс с крутым фронтом (отношение длительности импульса к длительности фронта порядка 100).

2. Создана импульсная система транспортировки, позволяющая транспортировать СЭП в магнитном поле с индукцией 1 Тл на расстояние до 2 м без потерь, а также информационно-измерительная система для сбора и обработки экспериментальных результатов.

'.3. Виериые экспериментально' показана возможность стабильной работы •ЭСУ в магнитом поле пробочной конфигурации в диапазоне одииии микросекунд. Сформированы трубчаше пучки в неоднородном магнитном поле с током до 1,5 кЛ, длительностью 'до*'10 мке с высокой повторяемостью. Исследовано влияние геометрии фокусирующего. магнитного поля на генерацию стабильных СЭП.

4. Экспериментально показана независимость формы импульсов тока от материала катода,'а также влияние этого материала на стабильность импульсов тока, их длительность и па максимальную, величину тока.--Экспериментально установлено, чго для микросекундных инжекторов паил\'чшцмн характеристиками обладают катоды из графита и нержавеющей стали.

5. Предложены, разработаны ^'экспериментально исследованы конструкции двух кромочных катодных узлов для генерации сильноточных пучков 'микросекундной длитсльпосги с формой:импульса тока, близкой к прямоугольной. Применение двухкромочных катодов позволило получить импульсы тока пучка длительностью до 5 мке с передним фронтом не более 300-350 не, .1 Предложенная конструкция позволяет варьировать ток пучка в пределах 25-30% от поминального без сущест венного изменения импеданса сильноточного диода. .

6. Проанализировано влияние процессов зарядовой, нейтрализации микросекундного электронного пучка на его формированием транспорт ировкуч'Уста иовлепо, что процессы взаимодействия электронов пучка с молекулами оста точною газа и происходящая при этом частичная нейтрализация СЭП играю-важную роль в перемыкании катд-анодного промежутка, а также сущеетиешк влияют на скорость нарастания тока в процессе формирования импульса тока

7. Показана возможность модуляции микросекупдныХ СЭП с током д 1,5 кА с длительностью импульса тока до 4,5мкс с помощью четвертьволновы коаксиальных резонаторов. Модуляция СЭП осуществлена в диапазоне часто 250-300 МГц. Глубина модуляции составляет 90-100%, длительность модуля ции до 4,5 мке, наибольшая эффективность модуляции тока получена при и;

|х ' .

пряжении пнжекции 150-200 кВ. Полученные результаты подтверждают клис-тронный механизм формирования модули])ов;1нпых С'ЭП.

в. Иеследовано влияние различных параметров СЭП, условий его формирования, геометрии резона горной ст руктуры па парамет ры модулированного электронного пучка; проведен сравнительный анализ различных схем модуляции СЭ11; проанализированы факторы, влияющие на срыв колебаний в резона-торнон структуре. '■''.■'

"9. Предложена''"и экспериментально исследована схема мощного СВЧ-генератора на .виртуальном катоде с предварительной модуляцией для получения длннпоимпульсного излучения. Показаны преимущества предложенной схемы по сравнению с традиционной схемой впркатора. В схеме виркатора с ■предварительной, модуляцией экспериментально получено СВЧ-излучепие длительностью до 3,0 мке:

10." 1[редложепа методика измерения частоты и спеетра импульсного СВЧ-нзлуч.епия в внркаторс, позволившая провести измерения частотного диапазона и основной частоты' СВЧ-излучения.

12. Экспериментально'исследована зависимость амплитуды волны /¿в внркаторс от величины инжектируемого гока СЭП длительностью несколько микросекунд, которая хорошо совпадает с теоретической для токов на 10-30% превышающих предельное значение.

13. Проанализированы причины срыва СВЧ-излучсння мпкроссксуидпой длительности в внркаторс, показано, что важную роль в процессе срыва СВЧ-нзлучения играет величина остаточного газа, а также зависимость коэффициента зарядовой нейтрализации от времени.

14. Предложен СВЧ-геператор на виртуальном катоде в магнитном поле пробочной 'геометрии, позволяющий в широких пределах управлять частотой и местоположением виртуального катода.

( 'мисок основных публикаций »о Iсм'с диссертации

f. Экспериментальный стенд для проведения исследований к области физики сильноточных пучков и мощной импульсной электрофизики.7 Гаркуша О.В., Школьников Э.Я. н др. // H сб. н. тр: "Радиационная аппаратура 'на. базе ускорителен". М!: Эпергоатомнздат. 19S7. -

. С 13-15. ' "■'."- • ,

2.' Информационно-управляющая систем:! экспериментального стенда на базе "Мера 125" / Гаркуша О 15.. Школьников Э.Я., Терентьев 1Î Г. и яр.Л в сб. н. тр. "Радиационная аппаратура на базе ускорителей" - М.: Эпергоатомнздат» I9S7, С.33-34. "¿..

3. Формирование стабильных СЭП ннкросскумдного диапазона в диоде с магнитной изоляцией/ Гаркуша О В.. Месхн I .A.. Школьников Э Я //Сб. н. тр. "Системы мощной импульсной электроэнергетики". - M : Эпергоатомнздат, 1989, С.57-62..

4. Модуляция СЭП микросскуидной "длительности.в системе пассивных коаксиальных ре-зонаюров/ Г аркуша О.В.. Школьников Э.Я., Терентьев П.Г. и др.// В со. н. тр. "Системы мошной импульсной электроэнергегнкп" - M : Энергоатомнздат. 1989. С. 10-14

5 Гаркуша О.IV, Степнов IVIV. '1 имофсев ВФ Генерация СЭП микросекундпой длительности со bspMHcmiiiccitoiiHoro • катола// Тез . докл; VIII Симпозиума по спльноточноп электронике, Свердловск: ПЭФ УрО All СССР. 1990. С. 79-81. • ..."■'

6. Генерация СЭП длительностью ло К) мке/ Гаркуша O.IV, Сгеннов В.В. и др.// Тез докл. Всесоюзной конференции "Современные'проблемы физики и се приложений", ВИНИТИ All СССР. 1900, С. 11. ' '"•'.'

7. Гаркуша О.В., Павловский в.А.. Чайковский К Г. Численное моделирование нестационарной самосогласованной динамики С'РП в пассивных коаксиальных резонаторах // Tes. докл. VIII Симпозиума по сильноточной электронике, Свердловск. 1990, С. 126-128.

8. Гаркуша О.В., Ппщулии И.В., Степнов В.В. Информационно- измерительные и управляющие .системы сильноточного ускорителя: —М,: МИФИ, 1941.

9. Гаркуша О.В., Месхн Г.Д.. Школьников Э.Я. Формирование'прямоугольных импульсов СЭП микросекундпой длительности.// Тезисы докладов IX Симпозиума по сильноточной электронике, Екатеринбург. 1992. С. 75-76. .

10.Гаркуша 0.1)., Пптулнн И.В., Ромашкин О.В. Диагностика ускоренных пучков с помощью полупроводникового лазера с электронной накачкой'// Тез. докладов IX Симпозиума по сильноточной электронике, Екатеринбург. 1992. С.-106-107 .

11.Генерация микросекундмого СВЧ-нзлучения п впркаторс Гаркуша О.IV, Пнтулип И IV. Школьников Э Л., Якушкнн М.Р. и др. II Тезисы докладов IX Симпозиума по-сильноточ-ной электронике, Екатеринбург, 1992, С 145-140 .

12. О.В. Гаркуша. Применение КДМИ для генерации длинноимпульсного СВЧ-пзлучення « виркаторе// Тезисы докладов восьмого совещания пр.применению ускорителен заряженных частиц в промышленности п медицине -Санкт-Петербург, 1995. С. 159.

13. Генерация длинноимпульсного СВЧ-нзлучения в впркаторе/Гаркуша О.В.. Школьников Э.Я. - М: сб. н. тр. "Научная сессия МИФИ-98", 1998, 4 3, С. 124-126.

14 Формирование стабильных СЭП микросекундпой длительности/ Гаркуша О В , Школьников ЭЛ. — M.: сб. н. тр. "Научная сессия МИФИ-98". 1998, Ч. 3. С, 126-128.

15. Гаркуша О.В, Демин Д.С. Измеритель средней скорости электронов. — М.: со н. тр "Научная сессия МИФИ-99", 1999, том 4, С.. 102-103. . -

16. Гаркуша О.В. Влияние остаточного газа в КДМИ на формирование мпкросекундных СЭП.—М : сб. н. тр. "Научная сессия МИФИ-99", 1999, том 4. С. 100-101.

17. О.В. Гаркуша, Е И. Львов, Э.Я. Школьников. Лабораторный практикум по мощной импульсной электрофизике,- М.: МИФИ, 1999, С. 153-162.'

_Подписано в печать U-OY.ÇCSаказ Ш. Тираж fiP?к-з. "• ' .

Типография МИФИ 1I540Q, Москва, Каширское шоссе, 31

Введение

Глава 1. Электронный сильноточный ускоритель прямого действия микросекундной длительности

1.1 Высоковольтный источник прямоугольных импульсов микросекундной длительности на основе формирующих линий

1.1.1 Обоснование выбора схемы микросекундного источника питания

1.1.2 Расчет параметров микросекундного источника питания

1.1.3. Расчет геометрии разрядников сильноточного ускорителя

1.1.4. Конструкция высоковольтного источника напряжения 24 1.2. Блок электронного инжектора

1.3 Система транспортировки сильноточных электронных пучков микросекундной длительности

1.4 Информационно- измерительная система для регистрации мощных импульсных сигналов с крутыми фронтами

1.4.1. Структура информационно-измерительной системы

1.4.2. Первичные преобразователи

Глава 2. Формирование сильноточных электронных пучков микросекундной длительности в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией 48 2.1 Генерация стабильных сильноточных электронных пучков микросекундной длительности

2.2. Влияние материала катода на форму импульса тока и параметры сильноточных электронных пучков

2.3. Формирование сильноточных пучков в системах с многокромочными катодными узлами

2.3.1. Катод с линией задержки

2.3.2. Многокромочные катодные узлы

2.4 Влияние процессов зарядовой нейтрализации в сильноточном диоде на формирование электронных пучков микросекундной длительности

Глава 3. Модуляция сильноточных электронных пучков с помощью коаксиальных резонаторных структур

3.1. Модулятор на основе пассивных коаксиальных четвертьволновых резонаторов

3.2 Взаимодействие сильноточного электронного пучка с одним коаксиальным четвертьволновым резонатором

3.3 Модуляция сильноточных электронных пучков в пассивной двухрезонаторной структуре

3.4 Исследование механизма взаимодействия микросекундного СЭП с коаксиальной двухрезонаторной структурой

Глава 4. Генерация излучения микросекундной длительности в СВЧ-приборах на виртуальном катоде

4.1 Анализ конструкций СВЧ-приборов на виртуальном катоде

4.2 Расчет параметров СВЧ-излучения в виркаторе

4.3 Методика измерения частоты СВЧ-излучения в виркаторе

4.4 Генерация СВЧ-излучения микросекундной длительности в различных схемах виркаторов

4.5 Управление параметрами СВЧ-приборов на виртуальном катоде в магнитном поле пробочной конфигурации

В настоящее время сильноточные электронные пучки (СЭП) находят широкое применение в различных физических и технологических исследованиях, среди которых можно отметить генерацию жесткого рентгеновского или мощного электромагнитного излучения, коллективное ускорение ионов, управляемый термоядерный синтез, модификацию поверхностей различных материалов [1-8]. Одно из современных направлений развития сильноточной электроники -генерация СЭП для мощных генераторов и усилителей СВЧ [9,10]. Развитие техники генерации СЭП с помощью сильноточных электронных ускорителей прямого действия позволило достигнуть уровня мощности импульсных СВЧ-генераторов порядка десятка гигаватт с длительностью импульсов до нескольких сотен наносекунд [11,12].

На современном этапе для СВЧ-техники, в частности, для усиления и генерации колебаний от миллиметрового до дециметрового диапазонов длин волн, характерно большое разнообразие конкретных типов и классов СВЧ- приборов, успешно работающих на основе различных физических принципов. Здесь находят применение модификации классических приборов СВЧ как резо- . нансного, так и нерезонансного типов: многорезонаторные релятивистские клистроны, мощные лампы бегущей и обратной волны (ЛБВ и J10B) типа О и типа М, многорезонаторные релятивистские магнетроны, платинотроны и ДР-[13, 14].

В последнее время появилось большое количество новых устройств, имеющих принципиальные отличия от вышеназванных СВЧ-приборов: лазер-троны, мазеры на циклотронном резонансе, виркаторы.

В таблице 1. приведены основные параметры основных типов мощных СВЧ-устройств [15-21].

Таблица 1.

Тип СВЧ-генератора Диапазон рабочих длин волн Высокое напряжение, МВ Ток пучка, кА КПД, % СВЧ-мощность, ГВт

Релятивистские клистроны см -:- дм -(0,1-1) К1-Ю) к 10-50) КО, 1-5)

Релятивистские магнетроны см-:- дм Ко,м) »(1-Ю) К Ю-50) КО, 1-5)

Мазеры на циклотронном резонансе мм-:- дм -(1-5) К1-Ю) К1-10) К1-5)

Лазеры на свободных электронах см-:- дм КО,1-1) Ко,1-1) «(1-10) »(0,01-0,1)

Виркаторы мм-:- дм ко,1-1) К Ю-50) »(1-10) КО, 1-5)

Из таблицы 1. видно, что ни один тип прибора не имеет явных преимуществ, делающих его универсальным прибором .для данного диапазона генерируемых колебаний. Нетрудно также заметить, что почти все приборы при генерации импульсов СВЧ-излучения гигаватного уровня мощности обладают невысоким КПД. Исключение составляют лазертроны, но они пока существенно отстают по уровню выходной мощности. При величине выходной мощности порядка 100 МВт релятивистские магнетроны и клистроны имеют КПД, ненамного уступающий КПД лазертрона.

При создании мощных СВЧ-устройств необходимо решение ряда общих задач:

- получение и формирование СЭП с жесткими, заранее определенными требованиями;

- создание сильных внешних магнитных полей для удержания пучков в пространстве взаимодействия с СВЧ-полями;

- обеспечение высокой электрической прочности узлов с наибольшей вероятностью пробоя;

- регулирование мощности и частоты СВЧ-излучения в относительно широких пределах;

- рассеяние высокой средней мощности на аноде или коллекторе;

- возможность рекуперации энергии отработанного пучка.

На основе полученных к настоящему моменту экспериментальных и теоретических результатов, можно выделить ряд принципиально новых подходов, способствующих решению этих проблем.

Например, для повышения КПД перспективно применение каскадной структуры СВЧ-устройств. Так в релятивистских клистронах введение дополнительного ("холостого") резонатора позволяет снизить амплитуду поля накачки во входном резонаторе. Второй, модулирующий, резонатор, возбуждаемый пространственно-модулированным СЭП, позволяет существенно увеличить коэффициент усиления СВЧ-прибора [22].

Другим подходом, открывающим перспективы для высокоэффективной генерации СВЧ-мощности, является использование модулированных СЭП. Близкая к 100%, модуляция может быть получена, например, при прохождении пучка через систему пассивных аксиальных резонаторов или замедляющую структуру [23-25].

В работе [26] предлагается еще один путь повышения электронного КПД, использующий некоторые характерные особенности экспериментальной реализации релятивистских СВЧ-приборов. Как правило, для транспортировки СЭП применяется сильное однородное магнитное поле, величина которого может быть близка к резонансным значениям, соответствующим циклотронному поглощению. Этот факт может быть использован для увеличения электронного КПД в ЛОВ или ЛБВ, т.е. в устройствах с длительным взаимодействием пучка и электромагнитного поля, например, при одновременном выполнении условий черенковского и циклотронного синхронизмов для разных пространственных гармоник поля периодической структуры. При этом представляет интерес как абсолютное повышение значения КПД, так и увеличение длины пространства взаимодействия в подобных СВЧ-устройствах. Численные расчеты [27] показывают возможность увеличения электронного КПД до 35 %.

Перспективным для мощных СВЧ-приборов является формирование электронных сгустков в неоднородном магнитостатическом поле [28]. Сочетание неоднородного магнитостатического поля с периодическим на некотором участке помогает осуществить параметрическую "раскрутку" сгустков в гиро-, троне, что позволяет максимально полно передать энергию электронов магнитному полю.

В последнее годы появилось большое количество публикаций, посвященных виркаторам - СВЧ-генераторам на виртуальном катоде [29-33]. В ряде экспериментов были достигнуты гигаваттные мощности излучения в сантиметровом диапазоне длин волн с КПД до 10 %. К основным достоинствам виркаторов можно отнести [34]:

- простоту перестройки по частоте, которую можно осуществить изменением внешнего магнитного поля или геометрии системы резонатор-пучок.

- возможность генерации СВЧ импульсов большой длительности и мощности из-за отсутствия сложных электродинамических структур.

- компактность, поскольку преобразование энергии электронного пучка в энергию СВЧ-колебаний происходит вблизи области формирования СЭП.

- отсутствие жестких требований к качеству пучка, характерных для ЛБВ, ЛОВ, гиротронов, лазертронов.

- простоту конструкции волноводной системы.

Формирование виртуального катода в электронном потоке и генерация СВЧ-излучения являются сложными нелинейными процессами, которые невозможно описать аналитическими методами. Анализ работы виркаторов в настоящее время могут дать только численные расчеты на основе математического моделирования, требующие проверки экспериментальными методами. Известно большое количество работ посвященных виркаторам, в которых используются как простейшие одномерные модели пучка, позволяющие приближенно описывать общие явления, происходящие при образовании виртуального катода [35-37], так и двух- или трехмерные модели, способные адекватно, с хорошей точностью описывать реальные эксперименты [21, 38-44].

В эксперименте [45] на сильноточном диоде напряжением до 2 МВ достигнута, по видимому, рекордная для виркатора мощность СВЧ-излучения по- , рядка 8,5 ГВт, при этом мощность излучения выделенной моды составила 4 ГВт на частоте 6,5 ГГц с КПД равным 3,3%.

В работе [46] авторы наблюдали СВЧ-излучение на частоте 1,17 ГГц с КПД 5,3 % и мощностью 7,5 ГВт при энергии частиц в пучке 4 МэВ и токе 80 кА, что является рекордным параметром для одномодового режима генерации. Необходимо отметить, что длительность СВЧ-импульса в этих и аналогичных экспериментах [47-49] не превышала 100-150 не. Этот же диапазон длительностей характерен и для большинства других типов эксплуатируемых мощных СВЧ-устройств.

В тоже время для широкого круга фундаментальных и прикладных задач требуются источники мощных СВЧ-колебаний с длительностями порядка единиц-десятков микросекунд. Получение мощного СВЧ-излучения микросекунд* ной длительности сопряжено с некоторыми принципиальными трудностями. Одна из них связана с необходимостью формирования и транспортировки микросекундных СЭП. Другая состоит в том, что при уровнях мощности 0.1-1 ГВт напряженность СВЧ-полей достигает 1-10 МВ/см, а длительность импульса достаточна для развития электронной лавины. В таких условиях, даже при высоком вакууме, за счет выделения газа из стенок и его ионизации электронами, возникающими при автоэлектронной эмиссии в мощных СВЧ-полях, в резонансных структурах развивается ВЧ-пробой, который и ограничивает максимальный уровень генерируемой мощности.

В работе [50] исследовалось ограничение длительности импульса СВЧ-излучения в карсинотроне с использованием сильноточного пучка электронов с энергией 500 кэВ, током пучка 3 кА и длительностью импульса тока 1 мкс, а также причины влияющие на это ограничение. Среди них назывались: коллекторная и диафрагменная плазма, циклотронная селекция мод и изменение поперечных размеров пучка при его транспортировке. Для карсинотрона основной причиной срыва СВЧ-колебаний оказалось увеличение диаметра трубчатого пучка. Авторы видят два возможных пути увеличения длительности СВЧ-импульса:

- стабилизация диаметра пучка в процессе транспортировки;

- переход к новым СВЧ-генераторам, имеющим достаточно большое поперечное сечение прибора и слабочувствительным к изменению радиуса пучка.

В работе [51] была предпринята попытка получения мощного микросекундного СВЧ- излучения в диафрагмированном волноводе с использованием сильноточного пучка электронов с энергией в диапазоне 1,0-2,5 МэВ, током пучка до 20 кА и длительностью импульса тока до 1 мкс. В данном эксперименте длительность СВЧ-сигнала была зарегистрирована вдвое короче длительности импульса тока. Авторы считают, что основной причиной укорочения СВЧ-импульса по отношению к длительности импульса тока является развитие диокотронной неустойчивости в пучке.

Существенное увеличение длительности генерируемых СВЧ-колебаний в микросекундном диапазоне возможно только при использовании таких резо- ' нансных систем, в которых затруднены условия для развития СВЧ-разрядов, например цилиндрических или коаксиальных резонаторов.

Целью диссертации является:

- разработка и создание сильноточного электронного ускорителя микросекундной длительности на основе высоковольтного источника напряжения с использованием различных типов формирующих линий;

- исследование формирования стабильных сильноточных электронных пучков длительностью до 10 мкс с формой импульса тока, близкой к прямоугольной;

- анализ механизма взаимодействия микросекундных СЭП с аксиальными резонансными структурами;

- разработка новых схем СВЧ-генератора на виртуальном катоде микросекундной длительности.

Научная новизна

Разработан и создан сильноточный ускоритель микросекундной длительности для генерации сильноточных электронных пучков с энергией до 0,5 МэВ, током до 1,5 кА, длительностью импульса тока до 10 мкс с формой импульса тока, близкой к прямоугольной. Впервые экспериментально исследована схема высоковольтного источника напряжения на основе формирующих линий, позволяющая пространственно разнести высоковольтный и радиационный блоки ускорителя на расстояние до 50 м.

На основе разработанных и исследованных конфигураций катодных узлов впервые проведено регулирование параметров микросекундных сильноточных пучков в широких пределах.

Впервые экспериментально исследован механизм взаимодействия сильноточного электронного пучка длительностью более 3 мкс с коаксиальной двухре-зонаторной структурой.

Впервые получены модулированные сильноточные электронные пучки длительностью до 4,5 мкс с частотой модуляции 300 МГц и глубиной модуляции, близкой к 100%.

Использование предварительно модулированного сильноточного электронного пучка с энергией до 0,3 МэВ и током до 1,2 кА позволило впервые по-< лучить в виркаторе СВЧ-излучение длительностью 3,0 мкс.

Практическая ценность.

Полученные в работе результаты исследований по генерации электронных пучков позволили сформировать стабильные сильноточные пучки с длительностью импульса тока до 10 мкс, показана возможность транспортировки таких пучков без потерь на расстояние до двух метров с использованием системы соленоидов различной протяженности. Сильноточный электронный ускоритель может быть эффективно использован для решения широкого круга прикладных задач.

Блочная схема построения электронного сильноточного ускорителя позволяет подключать электронный инжектор к различным источникам высокого напряжения через коаксиальную линию.

Предложенные конструкции катодных узлов позволяют регулировать амплитуду и длительность импульса тока сильноточного пучка микросекундной длительности без существенного изменения импеданса электронного инжектора, размещенного в магнитном поле пробочной геометрии.

Полученные результаты использованы при практической реализации новых схем генераторов мощного СВЧ-излучения микросекундной длительности., а также при модификации поверхностей различных материалов с помощью сильноточных электронных пучков. и

На защиту выносятся:

1. Результаты разработки, создания и исследования режимов работы сильноточного ускорителя электронов микросекундной длительности.

2. Результаты исследований по формированию в магнитном поле пробочной геометрии стабильных сильноточных пучков микросекундной длительности с формой импульса тока, близкой к прямоугольной.

3. Результаты анализа влияния давления остаточного газа в канале транспортировки на формирование микросекундных СЭП.

4. Результаты исследования взаимодействия СЭП с коаксиальной двухрезона-торной структурой.

5. Результаты исследования по генерации мощного СВЧ-излучения микросекундной длительности в различных схемах виркаторов.

Достоверность научных результатов подтверждается сравнением с известными экспериментальными и теоретическими результатами, многократными сравнениями результатов расчетов с использованием различных численных моделей с экспериментальными исследованиями и аналитическими решениями тестовых задач, большим объемом измерений, дублированных различными способами.

Апробация работы:

Основные результаты работы, положенные в основу диссертации, докладывались на:

- Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее приложений" (Москва, 1990 г.);

- VIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск, 1990 г.);

- IX Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск, 1992 г.);

- Восьмом совещании по применению УЗЧ в промышленности и медицине (Санкт-Петербург, 1995 г.);

- Научных сессиях МИФИ-98 (Москва, 1998 г.), МИФИ-99 (1999 г.), МИФИ-2000 (2000 г.);

Публикации:

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 17 печатных работах.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 144 источника, из которых 17 являются публикациями автора по теме диссертации, приложения. Общий объем работы 153 страницы, из них 137 страниц основного текста, 54 рисунка, 20 таблиц.

Основные результаты диссертации сводятся к следующему:

1. Разработан сильноточный электронный ускоритель прямого действия с параметрами : напряжение инжекции до 400 кВ, ток пучка до 1,5 кА, длительность импульса тока до 10 мкс. Отличительными особенностями ускорителя являются возможность пространственного разделения высоковольтного источника напряжения и электронного инжектора на расстояние до 50 м; компактность электронного инжектора за счет использования комбинированного изолятора; формирование высоковольтного импульса напряжения длительностью до 10 мкс с крутым фронтом (отношение длительности импульса к длительности фронта порядка 100).

2. Создана импульсная система транспортировки, позволяющая транспортировать СЭП в магнитном поле с индукцией 1 Тл на расстояние до 2 м без потерь, а также информационно-измерительная система для сбора и обработки экспериментальных результатов.

3. Впервые экспериментально показана возможность стабильной работы ЭСУ в магнитном поле пробочной конфигурации в диапазоне единиц микросекунд. Сформированы трубчатые пучки в неоднородном магнитном поле с током до 1,5 кА, длительностью до 10 мкс с высокой повторяемостью, Исследовано влияние геометрии фокусирующего магнитного поля на генерацию стабильных СЭП.

4. Экспериментально показано влияние материала катода на стабильность импульсов тока, их длительность и на максимальную величину тока. При этом форма импульсов тока остается подобной. Экспериментально установлено, что для микросекундных инжекторов наилучшими характеристиками обладают катоды из графита и нержавеющей стали независимость формы импульсов тока.

5. Предложены, разработаны и экспериментально исследованы конструкции двухкромочных катодных узлов для генерации сильноточных пучков микросекундной длительности с формой импульса тока, близкой к прямоугольной. Применение двухкромочных катодов позволило получить импульсы тока пучка длительностью до 5 мкс с передним фронтом не более 300-350 не. Предложенная конструкция позволяет варьировать ток пучка в пределах 25-30% от номинального.

6. Проанализировано влияние процессов зарядовой нейтрализации микросекундного электронного пучка на его формирование и транспортировку. Установлено, что процессы взаимодействия электронов пучка с молекулами остаточного газа и происходящая при этом частичная нейтрализация СЭП играют важную роль в перемыкании катод-анодного промежутка, а также существенно влияют на скорость нарастания тока в процессе формирования импульса тока

7. Показана возможность модуляции микросекундных СЭП с током до 1,5 кА с длительностью импульса тока до 4,5мкс с помощью четвертьволновых коаксиальных резонаторов. Модуляция СЭП осуществлена в диапазоне частот 250-300 МГц. Глубина модуляции составляет 90-100%, длительность модуляции до 4,5 мкс, наибольшая эффективность модуляции тока получена при напряжении инжекции 150-200 кВ. Полученные результаты подтверждают клистронный механизм формирования модулированных СЭП.

8. Исследовано влияние различных параметров СЭП, условий его формирования, геометрии резонаторной структуры на параметры модулированного электронного пучка; проведен сравнительный анализ различных схем модуляции СЭП; проанализированы факторы, влияющие на срыв колебаний в резонаторной структуре.

9. Предложена и экспериментально исследована схема мощного СВЧ-генератора на виртуальном катоде с предварительной модуляцией для получения микросекундного СВЧ-излучения. В схеме виркатора с предварительной модуляцией экспериментально получено СВЧ-излучение длительностью до 3,0 мкс, что примерно в 1,5 раза длиннее по сравнению с длительностью СВЧ-излучения в традиционной схеме виркатора.

10. Предложена методика измерения частоты и спектра импульсного СВЧ-излучения в виркаторе, позволившая провести измерения частотного диапазона и основной частоты СВЧ-излучения.

12. Экспериментально исследована зависимость амплитуды волны с,о в виркаторе от величины инжектируемого тока СЭП длительностью несколько микросекунд, которая хорошо совпадает с теоретической для токов на 10-30% превышающих предельное значение.

13. Проанализированы причины срыва СВЧ-излучения микросекеундной длительности в виркаторе. Показано, что важную роль в этом процессе играет зависимость коэффициента зарядовой нейтрализации от времени.

14. Рассмотрена схема СВЧ-генератора на виртуальном катоде в магнитном поле пробочной геометрии, позволяющая в широких пределах управлять частотой и местоположением виртуального катода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Лукьянов С.Ю. Горячая плазма и управляемый термоядерный синтез. М: Наука, 1975.

2. Кадомцев В.Б. Коллективные явления в плазме. М.: Наука, 1979

3. Ускорение ионов в электронных пучках/ А.А. Плютто, П.Е. Беленсов, Е.Д. Короп и др.//Письма в ЖЭТФ. 1967 Т.6 №6 С.540-541.

4. Саранцев В.П., Перелыптейн Э.А, Коллективное ускорение ионов электронными кольцами. М.:Атомиздат,1979

5. Перспективы развития коллективных ускорителей// Коллективные методы ускорения и пучково-плазменные взаимодействия/А.А Кузьмин, Р.А. Меще-ров, B.C. Рыбалко, К.В. Ходатаев. М.:РИ АН СССР, 1982. С.4-10.

6. Bluhm Н., Engelko V, Dulson А/ Industrial applications of high voltage pulsed power techniques: development at forschungszentrum Karlsruhe / Proc. of 11-th IEEE International Pulsed Power Conference. Baltimore, Maryland, USA, 1997, V.l, P.l-12.

7. Рухадзе A.A., Богданкевич JI.C., Росинский C.E„ Физика сильноточных релятивистских электронных пучков. М.: Атомиздат, 1980.

8. Ю.Абрамян Е.А., Альтеркоп Б.А., Кулешов Г.Д. Интенсивные электронные пучки. М.: Энергоатомиздат, 1984.

9. Лебедев И.В. Техника и приборы сверхвысоких частот. М.: Госэнергоиздат, 1961.

10. Электронные приборы СВЧ. Березин В.М., Буряк B.C., Гутсайт Э.М. и др./ М.: Высшая школа, 1985.

11. Релятивистский магнетрон. Нечаев В.Е., Сулакшин A.C., Фукс М.И. и др./ В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника. Горький, ИПФ АН СССР, 1979, С.114-129.

12. Бессонов Е.Г. Вопросы теории и экспериментального исследования ондуля-торного излучения В сб. Труды 6 Всесоюзного совещания по УЗЧ, Дубна 1978, т.2, Дубна, 1979

13. Общие свойства коротковолновых приборов с длительной группировкой электронов. Братман В.Л., Гинзбург Н.С., Ковалев Н.Ф. и др./ В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника. Горький, ИПФ АН СССР, 1979, С.249-274.

14. Релятивистские черенковские генераторы с резонансными замедляющими структурами./ Александров АФ, Афонин AM, С.Ю.Галузо и др.// В кн.: Релятивистская высокочастотная электроника.Горький, ИПФ АН СССР, 1981, С.145-169.

15. Релятивистский карсинотрон с длиной волны 3 см и длительностью импульса 0,4 микросекунды Зайцев Н.И., Ковалев Н.Ф., Кораблев Г.С. и др./ Письма в ЖТФ, 1981, т.7, вып. 14, С.879-881.

16. Sullivan D.G. High power microwave generation from virtual cathode oscillator (vircator)// IEEE Trans.-1983. NC-30, №4, P. 3426-3430.

17. Kwan Т/ High power microwave generation from oscillating virtual cathodes// Phys/Fluids/ 1984, v. 27, №1, P.228-232.

18. Кураев AA. Теория и оптимизация электронных приборов СВЧ. Минск: Наука и техника. 1979.

19. Friedman М., Serlin V. Parametric interaction of modulated intense relativistic electron beams with high-voltage gaps// Phys. Rev. Lett,1985, V. 54, №18. P. 2018-2021.

20. Коллективное ускорение ионов модулированным сильноточным РЭП. Балакирев В.А., Горбань A.M., Магда И.И. и др. // Физика плазмы, 1997, № 4, С. 3509-354.

21. Гапанович В.Г., Месхи Г.О., Салихов И.М. Возбуждение с помощью диафрагмированного волновода интенсивной волны пространственного заряда СЭП./ Ускорители заряженных частиц. М.: МРТИ АН СССР. 1989, С. 10-18.

22. Кураев АА. Парамонов БМ, Синицын АК. Некоторые перспективные схемы СВЧ-электронных приборов/ Радиотехника и электроника, 1991 вып.5,С.942-950.

23. Власов А.Н., Корниенко В.Н., Черепенин В.А. Повышение электронного кпд релятивистских черенковских генераторов при комбинированном взаимодействии // Радиотехника и Электроника. М., 1995.Вып.З с.481-490.

24. Курин А.Ф. Эффективное преобразование частоты при взаимодействии сильных электронных токов с поперечными электромагнитными полями./ Тез. док. VIII Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике., 4.2, Свердловск: ИЭФ УрО АН СССР, 1990, С. 95-97.

25. Диденко А.Н., Арзин А.П., Жерлицин А.Г. Релятивистские триодные СВЧ генераторы.// Релятивистская высокочастотная электроника. Горький: Ин-т прикладной физики АН СССР, 1984, Вып. 4., С. 104-118.

26. A radially and axially extracted virtual- cathode oscillator (vircator) .Sze H. Benford J., Yong T. et. al.// IEEE,.1985, PS-13, P.492-497

27. Рухадзе А.А., Столбенцов С.Д., Тараканов В.П. Виркаторы// Радиотехника и электроника., 1992, Т.37, №3, С.385-395.

28. Теоретическое и экспериментальное исследование виркатора с плазменным анодом. Бабкин. А.Л., Дубинов А.Е., Жданов B.C. и др.// Физика плазмы, 1997,

29. Получение мощных импульсов СВЧ-излучения микросекундной длитель- ; ности в триоде с виртуальным катодом/ А.Г. Жерлицын, С.И. Кузнецов, Г.В. Мельников и др.// Письма в ЖТФ. 1985. Т. 11, №17. С. 1083-1086.

30. Диденко А.Н., Григорьев В.П., Жерлицын А.Г. Генерация электромагнитных колебаний в системах с виртуальным катодом// Плазменная электроника. Киев: Наук.думка, 1991,С, 112-131.

31. High power microwave generation from a tunable radially extracted vircator/ Hwang C.S., Wu M.W., Song P.S. Hou W.S.// J.Appl.Phys. v.69, № 3, P. 12471252.

32. Исследование частотного спектра одномерной СВЧ системы на виртуальном катоде/ Блиох Ю.И., Магда И.И., Найстетер С.И., Прокопенко Ю.В.// Физика плазмы, 1992, Т. 18, вып.9, С. 1191 -1197.

33. Привезенцев А.П., Фоменко Г.П. Динамика электронного потока в виркато-ре. // Тез. докл. IX Симпозиума по сильноточной электронике., Свердловск: ИЭФУрО АН СССР, 1992, С. 158-159.

34. Золотарюк А.В., Кузьменко Н.А., Ходатаев К.В. Нестационарная модель транспортировки РЭП в дрейфовой трубе при наличии аксиального магнитного поля: Препринт ИТФ-82-34Р. Киев: ИТФ АН УССР, 1982.

35. Григорьев В.П., Диденко А.Н. К теории возбуждения электромагнитных колебаний в системах с виртуальным катодом// Радиотехника и электроника., 1987, Т.ЗЗ, №2, С.1083-1086.

36. Plasma effects on electron beams focusing and microwave emission in virtual cathode oscillator/ Yatsuzuka M., Nakajama M., Tanigawa M. et al.//IEEE Trans, on P.S., Vol.26, № 4, P. 1314-1320.

37. Григорьев В.П., Диденко А.Н. К теории генерации СВЧ колебаний в триоде с виртуальным катодом./ Генераторы и усилители на электронных потоках., М.: ИЗД-во Моск.ун-та, 1987.

38. Коваль Т.В., Саблин Н.И. Исследование формирования виртуального катода при инжекции встречных трубчатых СЭП в трубу дрейфа.// Тез. докл. VIII Симпозиума по сильноточной электронике., Свердловск: ИЭФ УрО АН СССР, 1990, С. 216-218.

39. Диденко А.Н., Ращиков В.И. Генерация мощных СВЧ-колебаний в системах с виртуальным катодом.// Физика плазмы, 1992, В.9, Т. 18, С.1182-1190.

40. Котешвили П.В., Рыбак П.В., Тараканов В.П. KARAT- средство вычислительного эксперимента в электродинамике. Препринт №44., М.: ИОФ АН СССР, 1991.

41. Burkhart S., Allen J, Hawkins К. Experiments with an S-band vircator // J.Appl.Phys., V.62,№ 1, P.75-77.

42. Benford J., Swegle J. High Power Microwaves . Appl.Phys.Letters.,1989 V.54,№ 13, P.1215-1219.

43. Галстьян E.A., Синелыциков A.B. Влияние внешнего магнитного поля на генерацию СВЧ-излучения в редитроне.//в кн. Электронные пучки и генерация СВЧ-излучений., М.: МРТИ АН СССР, 1990, 28-35.

44. Гадецкий Н.П., Магда И.И., Найстетер С.И. Исследование виртода генератора с управляемой обратной связью на критическом токе. // Тез. докл. IX Симпозиума по сильноточной электронике., Свердловск: ИЭФ УрО АН СССР, 1992, С. 134-136.

45. Григорьев В.П., Жерлицин А.Г, Коваль Т.В. Исследование двухчастотного режима излучения в виркаторе с магнитоизолированным диодом.//Физика плазмы, Т.16, в. 11, С.1353-1357.

46. Воронков С.Н., Лоза О.Т., Стрелков П.С. Ограничение длительности импульса излучения СВЧ генераторов на микросекундных РЭП.// Физика плазмы, 1991, Т.17, Вып.6, С. 751-760.

47. Разрушение релятивистского сильноточного электронного пучка при генерации мощных импульсов электромагнитного излучения. Бугаев С.П., Дей-чули М.П., Канавец В.И.// Радиотехника и электроника , 1984. №3 , С. 557560.

48. О формировании стабильного РЭП микросекундной длительности в бесфольговом диоде. Бакшаев Ю.Л., Басманов А.Б. Блинов П.И., Скорюпин В.А.// ВАНиТ Сер. Термоядерный синтез, 1984, Вып.З, С.31-36.

49. Процессы в диодах с магнитной изоляцией, использующих взрывную эмиссию электронов. / Бугаев С.П., Зайцев Н.И., Ким A.A. и др.// Релятивистская ВЧ-электроника. Проблемы повышения мощности и частоты излучения. Горький: ИПФ АН СССР, 1981, С.36-61.

50. Месяц Г.А. Эктоны. Екатеринбург: УИФ "Наука" 1993, Ч.З.

51. Кремнев В.В., Месяц Г.А. Методы умножения и трансформации импульсов. — Новосибирск: Наука, 1987.

52. Евтянов С.И., Редькин Г.Е. Импульсные модуляторы с искусственной линией., М: Сов.радио, 1973.

53. Месяц Г.А. Согласование искусственной и естественной линий для получения длинных импульсов с коротким фронтом. — ПТЭ, № 3, 1964.

54. Гаркуша О.В., Пищулин И.В., Степнов В.В. Информационно- измерительные и управляющие системы сильноточного ускорителя. — М.: МИФИ, 1991.

55. Разевиг В.Д. Моделирование аналоговых электронных устройств на персональных ЭВМ. М., изд. МЭИ, 1993.

56. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP V. —М.:изд. МЭИ, 1998.

57. Ковальчук Б.М., Кремнев В.В., Поталицын Ю.Ф. Сильноточные наносе-кундные коммутаторы. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979.

58. B.C. Воронин. Программа для решения электростатических задач.// Труды ФИАН СССР, 1978.

59. Техника высоких напряжений. Под. Ред. М.В. Костенко. М.: Высшая школа, 1973.

60. Высоковольтные установки и измерения на высоком напряжении.// Под ред. ХобергаВ.А., Л.: изд. ЛПТИ, 1977.

61. Дубовой Л.В., Ройфе И.М. О возможности создания сильноточного ускорителя микросекундного диапазона. // Препринт К-0238. Л.: НИИ ЭФА им. Ефремова, 1974.

62. Ройфе И.М., Стекольников Б.А., Энгелько В.И. Получение и исследование сильноточного пучка микросекундной длительности// ЖТФ. 1976. Т.46, вып. 12. С.2563-2576.

63. К вопросу о паразитных токах в сильноточных диодах с магнитной изоляцией./ Ковалев Н.Ф., Нечаев В.Е., Петелин М.И., Фукс М.И.// Письма в ЖТФ, 1977, Т.З, № 9, С.414-415.

64. Ускоритель сильноточных электронных пуков микросекундной длительности./ Бурцев В,А., Василевский М.А., Гусев О.А. и др.// ПТЭ, 1979, № 5, С.32.

65. О работе диода с магнитной изоляцией при большой длительности импульса./Никонов А.Г., Ройфе И.М., Савельев Ю.М., Энгелько В.И.// ЖТФ, 1983, Т.53, № 4, С.618-626.

66. Кэй Д.И., Лэби Т.Э. Справочник физика экспериментатора. М.: Иностранная литература, 1969.

67. Гаркуша О.В., Месхи Г.О., Школьников Э.Я. Формирование прямоугольных импульсов СЭП микросекундной длительности.// Тезисы докладов IX Симпозиума по сильноточной электронике, Екатеринбург, 1992,с 75-76.

68. Lovelas R., Ott Е. Theory of magnetic insulation// Phys. Fluids., 1974. V.17, № 6.P. 1263-1268.

69. Монтгомери Д.Б. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов: Пер.с англ./ Под ред. Н.Е. Алексеевского, М.: Мир, 1971.

70. Техника больших импульсных токов и магнитных полей/ В.С. Комельков, П.Н. Дашук, С.Л. Зайенц и др. М.: Атомиздат, 1970.

71. Информационно-управляющая система экспериментального стенда на базе ЭВМ "Мера 125" / Гаркуша О.В., Школьников Э.Я., Терентьев В.Г. и др. // в сб. н. тр. "Радиационная аппаратура на базе ускорителей". М.: Энергоатом-издат, 1987,- С.33-34.

72. Москалев В.А. Измерение параметров пучков заряженных частиц.— М.: Энергоатомиздат, 1991.

73. Разин Г.И., Щелкин А.П. Бесконтактное измерение электрических токов,-М.: Атомиздат, 1974

74. Гаркуша О.В., Пищулин И.В., Ромашкин О.В. Диагностика ускоренных пучков с помощью полупроводникового лазера с электронной накачкой.// Тезисы докладов IX Симпозиума по сильноточной электронике, Екатеринбург, 1992, С. 106-107.

75. Гаркуша О.В., Демин Д.С. Измеритель средней скорости электронов. — М.: сб. н. тр. "Научная сессия МИФИ-99", 1999, том 4, С. 102-103.

76. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. — М.: изд-во Выс- : шая школа, 1984.

77. Гинзбург С.Г. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. —М: Высшая школа. 1967.

78. Физические величины: Справочник/ А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина, А.М.Братковский и др., Под ред. И.С.Григорьева.-М.: Энергоатомиздат, 1991.

79. Шваб. А. Измерения на высоком напряжении. — М.: Энергоатомиздат, 1983г.

80. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники./ Под ред. Б.Х. Кривицкого. М.: Энергия, 1977.

81. Василевский М.А., Никонов А.Г. Ройфе И.М. и др. Получение трубчатого электронного пучка длительностью 10"4 с использованием многоострийного взрывоэмиссионного катода// Письма в ЖТФ. 1983. Т.9, вып.1. С.26-30.

82. Артамонов В.И., Дубовой JI.B., Дувидсон В.М., Смилга В.И. Предельная длительность импульсного тока оптимизированного инжектора электронов с взрывной эмиссией и магнитной изоляцией// Письма в ЖТФ. 1983. Т.6, вып.23. С. 1422-1427.

83. Ельчанинов A.C., Загулов Ф.Я., Коровин С.Д., Месяц Г.А. О стабильности работы вакуумных диодов ускорителей сильноточных релятивистских электронных пучков//ЖТФ. 1981. Т.51, вып.5. С. 1005-1007.

84. Миллер Р. Введение в физику сильноточных пучков заряженных частиц. М.: Мир, 1984.

85. Кошелев В.И. О разлете катодной плазмы в поперечном магнитном поле// Физика плазмы. 1979. Т.5, вып.З. С.698-701.

86. Зайцев Н.И., Кораблев Г.С. О механизме ускорения коллекторной плазмы в канале транспортировки сильноточного электронного пучка// ЖТФ. 1982. Т.52, вып.1. С. 160-162.

87. Бугаев С.П., Зайцев Н.И., Ким A.A. Кошелев В.И. Экспериментальное исследование характера движения катодной плазмы поперек магнитного поля в диодах с магнитной изоляцией// Физика плазмы. 1983. Т.9, вып.6. С. 12871291.

88. Зайцев Н.И., Кораблев Г.С., Шемякин Б.П. Элементы динамики катодной и коллекторной плазмы в диоде с магнитной изоляцией // Физика плазмы. 1981. Т.7, вып.З. С.560-563.

89. Проскуровский Д.И. Янкелевич Е.Б. Взрывоэмиссионный катод большой площади // в кн. Сильноточные импульсные электронные пучки в технологии. Новосибирск, 1983, С.21-26.

90. Формирование стабильных СЭП микросекундного диапазона в диоде с магнитной изоляцией/ Гаркуша О.В., Месхи Г.О., Школьников Э.Я. II В сб.н.тр. Системы мощной импульсной электроэнергетики М.: Энергоатом- > издат, 1989, С.57-62.

91. Рабинович В.А., Хавин З.Я, Краткий химический справочник.- М.: Химия, 1978.

92. Автоэмиссионные источники электронов для управляемого термоядерного синтеза/ Кузьмин A.A., Кленов Г.И. и др.// Тез. докл. VII Симпозиума по сильноточной электронике., Томск: ИСЭ СО АН СССР, 1988, С. 169-171.

93. Гаркуша О.В., Зубарев М.В., Якубов Р.Х. Экспериментальный стенд для импульсной термообработки материалов— М.: сб. н. тр. "Научная сессия МИФИ-2000", 2000, том 7, С. 171 -172.

94. Василевский М.А., Ройфе И.М, Энгелько В.И. Генерирование длинноим-пульсных сильноточных электронных пучков // В кн. Релятивистская высо- : кочастотная электроника, 1983, С. 184-203.

95. Василевский М.А., Василевская Ю.А., Ройфе И.М. Об импедансе диода с многоострийным взрывоэмиссионным катодом.-// ЖТФ, 1980, Т.50, вып.11. С.2356-2362.

96. Гаркуша О.В., Степнов В.В., Тимофеев В.Ф. Генерация СЭП микросекундной длительности со взрывоэмиссионного катода.// Тез. докл. VIII Симпозиума по сильноточной электронике., Свердловск: ИЭФ УрО АН СССР, 1990, С. 79-81.

97. Генерация СЭП длительностью до 10 мкс/ Гаркуша О.В., Егоров М.В., Степнов В.В. и др.// Доклад Всесоюзной конференции "Современные проблемы физики и ее приложений, ВИНИТИ АН СССР, 1990, С. 11.

98. Кислецов А.В., Лебедев А.Н./ Формирование СЭП для генерации СВч-излучения в ондуляторе// Тез. докл. VIII Симпозиума по сильноточной электронике., Свердловск: ИЭФ УрО АН СССР, 1990, С. 139-1411.

99. Программа для расчета электростатических полей./ под. ред. А.В.Егольцева// М.:изд. МЭИ, 1993.

100. Эксперименты по ускорению ионов при прохождении сильноточного пучка электронов через газ/ А.А. Коломенский, В.М. Лихачев, И.В. Синельщи-кова и др.//Труды IY Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. М., 1974. Т,2 С262-264

101. Глейзер И.З. Исследование формирования и транспортировки сильноточ- : ных трубчатых РЭП: Автореф. дис. Томск: ТПИ, 1977.

102. Механизм ионизации газа сильноточным пучком электронов/ Кингсеп С.С., Новобранцев И.В., Рудаков Л.И. и др.// ЖЭТФ.- 1972, Т.63, Вып.6, С. 2132-2138.

103. Oison C.L. Theory of ion accélération by drifting intense relativistic electron beams //Phys.Fluids,1975,V.18, P. 585-597.

104. А.Л.Комов, А.И. Лисицын К вопросу о наработке плазмы в пучково-плазменных СВЧ-приборах/ В сб.н.тр. Электронные пучки и генерация СВЧ-излучения.// -М.:МРТИ, 1990, С. 62-73.

105. Диденко А.Н., Григорьев В.П., Усов Ю.П. Мощные электронные пучки и их применение. Атомиздат, 1977.

106. Гаркуша О.В. Влияние остаточного газа в коаксиальном диоде с магнитной изоляцией на формирование микросекундных СЭП. — М.: сб. н. тр. "Научная сессия МИФИ-99", 1999, том 4, С. 100-101.

107. Беликов В.В., Лымарь А.Г., Хижняк Н.А. Ускорение ионов модулированным электронным потоком// Письма в ЖТФ, 1975, Т.1, № 13, С. 615-617.

108. Luce J.S., Sahlin H.L., Crites T.R. Collective accélération of intense ion beams in vacuum// IEEE Trans. Nucl. Sei., 1973, Vol.20, № 3, P.336-341.

109. Olson C.L. Ion acceleration by electron beams// Tp.II Симпозиума по коллективным методам ускорения .- Дубна, 1976, С. 101-113.

110. A.c. 3914404 СССР, МКИ Н05Н 7,12. Способ модуляции сильноточного электронного пучка и устройство для его осуществления/ A.M. Маркеев, P.A. Мещеров.-1987.

111. Айрапетов А.Ш., Маркеев A.M., Мещеров P.A., Яблоков Б.Н. Низкочастотная автомодуляция сильноточного электронного пучка// ЖТФ, 1987, Т.57, № 1. С.81-85.

112. Казанский JI.H., Кислецов A.B., Лебедев А.Н. Автоускорение в интенсивных электронных пучках// Атомная энергия, 1971, Т.30, № 1, С.27-31.

113. Friedman М. Autoacceleration of an intense relativistic electron beam// Phys. Rev. Lett., 1973, Vol. 31, №18, P. 1107-1110.

114. Friedman M., Serlin V., Drobot A., Selfor L Self-modulation of an intense relativistic electron beam// J. Appl.Phys., Vol.56, №9, P. 2459-2474.

115. Маркеев A.M., Мещеров P.A., Сажин В.Д. Автомодуляция сильноточного электронного пучка микросекундной длительности// В сб.н.тр. Сильноточные электронные пучки .Коллективные и плазменные процессы,- М.: МРТИ, 1989, С.26-36.

116. Милованов 0С., Собенин Н.П. Техника и приборы сверхвысоких частот. М.: Энергоатомиздат, 1981, С. 174-181.

117. Тишер Ф. Техника измерений на сверхвысоких частотах: пер. с нем. М.: Госиздат, 1963.

118. Модуляция СЭП микросекундной длительности в системе пассивных коаксиальных резонаторов/ Гаркуша О.В., Школьников Э.Я., Терентьев В.Г. идр.// В сб.н.тр. Системы мощной импульсной электроэнергетики М.: Энерго-атомиздат, 1989, С. 10-14.

119. Friedman М., Serlin V. Modulation of intense relativistic electron beams by an external microwave source// Phys. Rev. Lett., 1985, Vol. 55, №126 P.2860-2863.

120. Friedman M., Serlin V. Interaction of a modulated intense relativistic electron beams a cavity // Appl. Phys. Lett., 1984, Vol.44, №94 P. 394-395.

121. Маркеев A.M. Формирование модулированных сильноточных электронных пучков для исследования коллективных методов ускорения ионов.: Дисс. Канд. ф.-м. наук.- М.:, 1987, 177с.

122. Капчинский М.И., Юдин JI.A. Об интерпретации экспериментов по самомодуляции электронного пучка в пассивной друхрезонаторной структуре// Физика плазмы, 1990. Т. 16. вып.11. С. 1325-1331.

123. Капчинский М.И., Коренев И.Л., Юдин J1.A. О предельно допустимой концентрации плазмы и требовании на вакуум в авторезонансном ускорителе ионов// В сб.н.тр. Сильноточные электронные пучки .Коллективные и плазменные процессы.- М.: МРТИ, 1989, С.70-79.

124. Альтеркоп Б.А., Сокулин А.Ю., Тараканов В.П. Транспортировка электронного пучка со сверхпредельным током // Физика плазмы .- 1989, Т. 15, Вып.8, С.974-980.

125. Г.А.Месяц, В.Г.Месяц Об укорочении СВЧ импульсов в мощных релятивистских генераторах// Тезисы докладов IX Симпозиума по сильноточной электронике, Екатеринбург, 1992, С. 152-154.

126. Бакшаев Ю.Л., Басманов А.Б. Блинов П.И. Динамика структуры микросекундных СЭП// Физика плазмы, 1989. Вып.8, с.992-999.

127. Соковиков A.C.,Сокулин А.Ю., Рухадзе A.A. Генерация мощного СВч-излучения в сходящемся магнитном поле// Тез. докл. VIII Симпозиума по сильноточной электронике., Свердловск: ИЭФ УрО АН СССР, 1990, С. 5960.

128. Генерация микросекундного СВЧ-излучения в виркаторе Гаркуша О.В., Пищулин И.В., Школьников Э.Я., Якушкин М.Р. и др. // Тезисы докладов IX Симпозиума по сильноточной электронике, Екатеринбург, 1992, С. 145-146.

129. Колебания виртуального катода как источник СВЧ-излучения./ Альтеркоп Б.А., Рухадзе A.A., Сокулин А.Ю., Тараканов В.П.,//ЖТФ, 1991, Т.61, в.9, С.115-123.

130. Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ-импульсы наносекундной длительности.- М.: Энергоатомиздат, 1984.

131. Справочник по радиоизмерительным приборам/ под ред. B.C. Насонова. -М.: Сов. радио, 1976, Ч.З.

132. Генерация длинноимпульсного СВЧ-излучения в виркаторе/ Гаркуша О.В., Школьников Э.Я.' — М.: сб. н. тр. "Научная сессия МИФИ-99", 1998, Ч. 3, С. 124-126.

133. О.В.Гаркуша, Е.И.Львов, Э.Я.Школьников. Лабораторный практикум по мощной импульсной электрофизике/ М.: МИФИ, 1999, С. 153-162.

134. Кураев A.A. Мощные приборы СВЧ. Методы анализа и оптимизации параметров. М.: Радио и связь, 1986

135. Вынужденное излучение релятивистского электронного пучка в магнитной пробке / Альтеркоп Б.А., Михайлов В.М., Рухадзе A.A., Тараканов В.П.,//Физика плазмы, 1992, Т.18, Вып.6, С.733-738.