name: Разработка и исследование релятивистских гиротронов миллиметрового диапазона длин волн
keyword_list: сильноточная релятивистская электроника миллиметровый диапазон длин волн гиротрон
abstract: Повышение мощности и частоты выходного излучения генераторов электромагнитного излучения является магистральной линией развития высокочастотной вакуумной электроники. На современном этапе речь идет, в частности, о получении в миллиметровом диапазоне длин волн импульсной мощности субгигаваттного уровня. Такие источники представляются перспективными для ряда приложений, таких как создание микроволновых ондуляторов для мощных рентгеновских ЛСЭ, импульсная спектроскопия, мониторинг атмосферного озона и других. С повышением рабочей частоты значительный интерес представляют именно гиротроны, обладающие рядом преимуществ, в частности перед черенковскими приборами, поскольку не имеют мелкомастштабных элементов по сравнению с длиной волны и обладают хорошей модовой селективностью, позволяющей использовать для эффективной работы моды высокого порядка. Таким образом, проблема повышения рабочей частоты и эффективности гиротронов с сильным релятивизмом представляется достаточно актуальной.
  В рамках диссертационной работы Разработан и экспериментально реализован релятивистский гиротрон с термоэмиссионым инжектором, работающий в 3-мм диапазоне длин волн. Мощность выходного излучения гиротрона в импульсах длительностью
  300 нс составила более 5 МВт при КПД порядка 20%. 
  Для реализации суб-ГВт релятивистских гиротронов разработана и экспериментально протестирована электронно-оптическая система с взрыво-эмиссионным катодом, способная формировать винтовые электронные пучки с энергией частиц 500 кэВ, током до 2 кА, питч-фактором порядка 1 и разбросом по поперечным скоростям порядка 40%. 
  Для оптимизации условий электронно-волнового взаимодействия в сильноточных релятивистских гиротронах предложено использовать резонаторы в виде набора радиально ориентированных металлических пластин, в которых обеспечивается эффективная дискриминация вращающихся мод ТЕ-типа. В результате оказывается возможным селективное возбуждение ТМ-мод, имеющих сравнительно низкий импеданс связи с электронами, что, как показывает численное моделирование, позволяет освоить высокие (килоамперные) токи с сохранением высокой (~20%) эффективности генерации. 
  Экспериментально продемонстрирована работоспособность релятивистских гиротронов 8-мм-диапазона с рабочими токами, составляющими около 40% от предельного тока транспортировки, при возбуждении мод ТЕ- 
  и ТМ-типов. В результате получено выходное излучение с импульсной мощностью ~40 МВт.
  Предложен новый тип сверхразмерных продольно-щелевых резонаторов, в которых обеспечивается связь ТЕ-мод с разностью азимутальных индексов кратной числу щелей. В результате формируется высокодобротная собственная мода с малыми радиальными потерями на критических частотах. В рамках трехмерного численного моделирования показано, что при использовании резонаторов такого типа возможна реализация субтерагерцовых сильноточных релятивистских гиротронов с мощностью выходного излучения в десятки мегаватт. 
  На основе численного моделирования исследован режим умножения частоты в релятивистских гиротронах. Показано, что при возбуждении высоких циклотронных гармоник в гиротронах с рабочими частотами 35 и 100 ГГц отношение мощности высокочастотного излучения к мощности излучения на основной гармонике составляет ~0.4–0.5% для третьей гармоники и ~0.1% для пятой гармоники, что на несколько порядков выше величин, характерных для традиционных гиротронов со слаборелятивистскими пучками.
chairman_dissertation_council.name: Александр
chairman_dissertation_council.surname: Литвак
chairman_dissertation_council.patronymic: Григорьевич
chairman_dissertation_council.position: научный руководитель института
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Академик
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: -
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Михаил
organization_supervisor.surname: Глявин
organization_supervisor.patronymic: Юрьевич
organization_supervisor.position: Заместитель директора по науке
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.35.45
rubrics.name: Вакуумные электронно-волновые приборы СВЧ-диапазона
rubrics.code: 29.35.33
rubrics.name: Миллиметровые и субмиллиметровые волны
oecds.code: 02.02.IQ
oecds.name: ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC
speciality_codes.name: Радиофизика
speciality_codes.code: 1.3.4.
supervisors.fio: Абубакиров Э.Б.
supervisors.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
supervisors.speciality_code: Радиофизика
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Лукша О.И.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Физическая электроника
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Рыскин Н.М.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Радиофизика
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ ИМ. А.В. ГАПОНОВА-ГРЕХОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК"
protection_organization.ogrn: 1025203020193
protection_organization.supervisor_name: ГРИГОРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: ДЕНИСОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: ГЕННАДЬЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ ИМ. А.В. ГАПОНОВА-ГРЕХОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК"
author_organization.ogrn: 1025203020193
author_organization.supervisor_name: ГРИГОРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ДЕНИСОВ
author_organization.supervisor_patronymic: ГЕННАДЬЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения