Винтовые электронные потоки гиротронов: динамика пространственного заряда и методы повышения качества

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...............................................................6
ГЛАВА 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ....22
1.1. Электронно-оптические системы гирорезонансных устройств и
методы диагностики ВЭГТ (обзор)................................22
Г.2. Экспериментальные приборы и установки.........................33
1.2.1. Экспериментальный импульсный гиротрон 4-миллиметрового диапазона длин волн излучения....................................33
1.2.2. Электронно-оптические системы гиротронного типа...........39
Г-2.3. Установка для диагностики и модификации эмиссионных
характеристик гиротронных катодов...........................42
1.3. Экспериментальные методики....................................45
1.3.1. Метод исследования неоднородности-эмиссии термокатода МИЛ 45
1.3.2. Методы исследования пространственной структуры ВЭП........51
1.3.3. Методики исследования скоростных и энергетических спектров электронов в ВЭП.................................................54
1.3.4. Методика исследования колебаний пространственного заряда ВЭП 63
1.3.5. Метод измерения параметров потока электронов на катод.....66
1.3.6. Методики регулирования распределений элекгрического и магнитного полей в области формирования ВЭП.................................68
1.3.6.1. Регулирование распределения электрического поля в области МИП .6%
1.3.6.2. Регулирование распределения магнитного поля в области компрессии ВЭП.................................................71
1.3.6.3. Создание регулируемого электрического поля в области компрессии ВЭП.................................................73
1.4. Диагностика и обработка гиротронных термокатодов..............76
1.5. Выводы........................................................91
ГЛАВА 2. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО
ЗАРЯДА В ВЭП УСТРОЙСТВ ГИРОТРОННОГО ТИПА......................93
2.1. Коллективные процессы в прост ранственном заряде ВЭП
ГИРОРБЗОНАНСНЫХ УСТРОЙСТВ (ОБЗОР)...............................93
2.2. Результаты экспериментального исследования низкочастотных
КОЛЕБАНИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ВЭП.........................100
2.2.1. Характеристики колебаний пространственного заряда в электронно-оптических системах гиротронного типа...............100
2.2.2. Характеристики низкочастотных колебаний в экспериментальном-гиротроне.....................................................11.7
2.3. Выводы.......................................................126
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА В ЛОВУШКЕ ГИРОТРОНА 128
3.1. Методы расчета электронных процессов в ловушке гиротрона и полученные результаты(обзор)......................................128
3.2. Методика расчета динамики пространственного заряда в ловушке гиротрона с помощью PIG кода-GyroTrap.............................134
3.3. Результаты численного моделирования электронных процессов в ловушке гиротрона с помощью кода GyroTrap*........................141
3.3.1. Накопление и группировка пространственного заряда в ловушке 141
3.3.2. Характеристики спектров низкочастотных.колебаний.........150
3.3.3. Влияние распределения магнитного поля в области компрессии ВЭП
на характеристики НЧК......................................153
3.3.4. Влияние захваченного в ловушку объемного заряда на характеристики формируемого в ЭОС гиротрона электронного потока...............159
3.4. ВЫВОДЫ.......................................................167
Г ЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ЭМИССИОННЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
ТЕРМОКАТОДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭП И ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГИРОТРОНА..........................................169
4.1. Экспериментальные методы исследования неоднородности
эмиссии термокатодов МИП и влияние данного фактора на работу гироприборов (обзор)...........................................169
4.2. Результаты экспериментального исследования влияния эмиссионных НЕОДНОРОДНОСТЕЙ катода на характеристики ВЭП
И ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГИРОТРОНА.................................174
4.2.1. Азимутальное распределение плотности пространственного заряда
электронов в ВЭП............................................174
✓
4.2.2. Влияние эмиссионных неоднородностей на характеристики ВЭП в электронно-оптических системах гиротронного типа'................176
4.2.3. Влияние эмиссионных неоднородностей на характеристики низкочастотных колебаний и выходные параметры
экспериментального гиротрона................................181
4.3. ВЫВОДЫ........................................................187
Глава 5. ВЛИЯНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭП .. 189
5.1. Переменные поля пространственного заряда - фактор сниже1 1ия
КАЧЕСТВА ВЭП В ЭОС ГИРОПРИБОРОВ (ОБЗОР).......................1 89
5.2. Энергетические спектры электронов в гиротроне.................194
5.2.1. Распределение электронов по энергии в присутствии СВЧ генерации... 194
5.2.2. Влияние низкочастотных колебаний на разброс энергий-электронов.в ВЭП..............................................................196
5.3. Пространственная структура электронного потока в ЭОС гиротронного типа.................................................203
5.4. Электронная бомбардировка катода МИП..........................208
5.5. Выводы........................................................210
Глава 6. УПРАВЛЕНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫМИ КОЛЕБАНИЯМИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА ВЭП С ПОМОЩЬЮ РЕГУЛИРУЕМЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО И МАГНИТНОГО ПОЛЕЙ....................................................212
6.1. Оптимизация распределений электрического и магнитного полей -СПОСОБ повышения качества ВЭП в электронно-оптической системе гироприборов (обзор)..............................................212
5
6.2. Методы подавления низкочастотных колебаний при введении регулируемых неоднородностей электрического поля в электроннооптических системах гиротронного типа.............................217
6.3. Влияние распределения магнитного поля в области компрессии
ВЭП НА характеристики НЧК......................................223
6.4. Влияние распределения электрического поля в прикатодной области МИП НА характеристики ВЭП в экспериментальном гиротроне 231
6.4.1. Подавление паразитных НЧ колебаний в гиротроне с модифицированной катодной системой..............................231
6.4.2. Изменение характеристик ВЭП при регулировании распределения электрического поля в области МИТІ с помощью управляющего катодного электрода.............................................234
6.5. Подавление паразитных колебаний в гиротроне путем одновременной оптимизации распределений электрического и магнитного полей..................................................239
6.6. Работа экспериментального гиротрона в режимах с повышенным питч-фактором и подавленными паразитными колебаниями..............242
6.7. Выводы.......................................................245
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................247
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................252
Список публикаций автора по теме диссертации......................279
6
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации
В настоящее время, при повсеместном распространении твердотельных полупроводниковых устройств, приборы вакуумной СВЧ электроники остаются востребованными для ряда приложений, в которых требуется обеспечить высокий уровень вы-, ходной мощности в диапазоне от дециметровых до субмиллимстровых длин воли излучения. Новый этап в освоении-коротковолновой части этого диапазона связан.с открытием в конце 50-х годов механизма когерентного излучения; электронов-осцилляторов, вращающихся в постоянном магнитном поле [1-3]. Данный механизм, лежит в основе работы устройств; получивших название мазеров-на. циклотронном, резонансе (МЦР) или гирорезонансных приборов (гироприборов). Уникальные возможности гироприборов в наибольшей степени проявляются в миллиметровом и суб-миллиметровом диапазонах длин волн (например, [4-14]), где с их помощью был достигнут уровень выходной, мощности; значительно превышающий < мощность "классических" вакуумных СВЧ приборов (клистронов, магнетронов, ЛБВ‘ ЛОВ и др.):
Вектор развития гирорезонансных устройств определяется в первую очередь прикладными- потребностями; Важнейшей, областью их применения, является*нагрев; плазмы и управление током*в установках управляемого термоядерного синтеза (УТС). Для этих.целей, как правило, требуются гирорезонансные генераторы (гиротроны) с выходной мощностью порядка 1 МВт и частотой 110+170 ГГц, работающие в.квази-непрерывном режиме, с длительностью импульса в десятки минут (например, [15-25]). При этом имеется тенденция дальнейшего увеличения их мощности-до 2+4 МВт с целью повышения эффективности использования гиротронных комплексов,, состоящих из нескольких приборов, в крупных установках УТС [15, 26, 27]. Сфера применения гироприборов включает также дальнюю-радиолокацию, высокотемпературную обработку материалов, плазмохимию; спектроскопию высокого разрешения, .ускорение заряженных частиц и др. (например, [5, 9, 11, 28-31]).
Эффективность и предельные достижимые параметры гироприборов, определяются качеством электронного потока, который, наряду с электродинамической структурой, является одним из двух ключевых компонентов любого вакуумного устройства СВЧ. Формирование сильноточных электронных потоков с заданным стабильным по-
7
ложением в конфигурационном и фазовом пространствах предполагает решение ряда физических проблем, относящихся к корпускулярной оптике, эмиссионной и вакуумной электронике, теории колебаний и волн, нелинейной динамике и другим разделам физической электроники и радиофизики. Применительно К МОЩНЫМ МЦР требуются', винтовые электронные потоки (ВЭП), сочетающие высокие значения тока и осцилля-торной энергии электронов с малым разбросом^ скоростей и требуемой поперечной-структурой-пучка. Несмотря- на-специфику различных типов электронно-оптических систем:(ЭОС) для гирорезонансных устройств, (подробнее см; .раздел 1.1), закономерности формирования высококачественных ВЭП' в.этих системах, достаточно общи- и в; совокупности образуют базу для;создания эффективных источников;мощного-СВЧ излучения; Изучению данных закономерностей, представляющих интерес как с фунда-; ментальной, так и с прикладной точки зрения, посвящена настоящая диссертационная работа. . .
Характеристики ВЭП в ЭОС гиронриборов; как и в других системах с интенсивными. электронными^ пучками,, определяются; среди прочих, такими; физическими, процессами, как развитие неустойчивостей в пространственном; заряде, изменение . свойств поверхностей, ограничивающих элекгродов, генерация ^усиление паразитного излучения, образование вторичных частиц. Указанные процессы-ведут к снижению качества ВЭП, а вместе с этим к падению КПД и ухудшению параметров, выходного излучения приборов, выходу их из строя; Теоретическое исследование этих процессов, даже с использованием современных численных методов расчета, зачастую наталкивается на непреодолимые трудности; Важная роль поэтому отводится'физическому эксперименту, успех которого в значительной степени определяется' примене-ниемхлабовозмущшощих и высокоинформативных методов диагностики.:
Коллективные процессы, в электронном, пространственном заряде гироприборов являются следствием развития неустойчивостей различного типа:- как высокочастотных с частотой; близкой к.электронной циклотроннойсчастоте, так и.низкочастотных с частотой в диапазоне десятков-сотен:мегагерц (например, [32^46]). Среди механизмов возникновения низкочастотных колебаний (НЧК) в ВЭП можно выделить, неустойчивость, которая развивается в объемном заряде, захваченном в специфическую ловушку между катодом и магнитной- пробкой - конечным участком области пере-магничивания-пучка перед его поступлением в резонатор. Транспортировка ВЭП в
8
нарастающем магнитном поле используется в ЭОС гирорезонансных устройств для достижения требуемого уровня осцилляторной энергии электронов, которую принято характеризовать величиной питч-фактора а = у1/уц (у_ и Уц — поперечная и продольная компоненты скорости электрона). При увеличении питч-фактора можно добиться повышения эффективности гироприборов, поскольку энергия выходного СВЧ излучения в этих приборах "черпается" из энергии вращательного движения электронов. Однако-существующий в пучке разброс электронов по скорости является препятствием реализации ВЭП с большим питч-фактором. При наличии скоростного разброса электроны с наибольшими поперечными.скоростями отражаются в области магнитной пробки и могут быть захвачены в ловушку между катодом.и резонатором. Накопленный в ловушке пространственный заряд неустойчив, в нем могут возбуждаться упомянутые выше НЧ колебания на частоте, близкой к частоте продольных осцилляций электрона в ловушке. Переменные поля, связанные с развитием.данных паразитных колебаний, обуславливают дополнительный скоростной разброс электронов в ВЭП, вызывают появление разброса по. полной скорости (энергетический разброс), изменяют поперечную'структуру пучка, приводят к электронной бомбардировке поверхности катода и появлению вторичных электронов. Все эти факторы ведут к снижению качества формируемого электронного потока и, как следствие, эффективности преобразования энергии электронов в энергию выходного СВЧ излучения в резонаторе гироприборов.
Имеются и другие типы неустойчивостей, в результате развития которых могут возникать паразитные колебания в пространственном заряде ВЭП, влияющие на его характеристики, - МЦР-неустойчивость, электростатическая циклотронная неустойчивость, диокотронная неустойчивость, многопучковая неустойчивость (подробнее см. разделы 2.1 и 5.1). Добиться требуемого качества пучка, поступающего в резонатор, возможно в том случае, когда подавлены, паразитные динамические процессы в ВЭП. В частности, при условии подавления паразитных низкочастотных колебаний в ловушке может быть увеличено рабочее значение питч-фактора, что при сохранении на низком уровне скоростного и энергетического разбросов позволит реализовать работу приборов с повышенным КПД.
Важным фактором, определяющим качество электронного пучка в гироприборах, является неоднородность термоэлектронной эмиссии с катода магнетронно-
инжекторной пушки (МИП), которая в большинстве случаев используется в качестве источника электронов в этих приборах. Как правило, такие пушки работают в режиме температурного ограничешш эмиссии. Поэтому неоднородности работы выхода и температуры приводят к неоднородному распределению плотности тока электронов в поперечном сечении ВЭП. Это является причиной появления неоднородных полей, которые, в свою очередь, увеличивают скоростной разброс электронов, способствуют возбуждению паразитных НЧК и появлению разброса частиц ВЭП' по энергии [47— 55]. Неоднородная струк!ура пучка ответственна также за неоднородный нагрев коллектора и развитие паразитных мод в резонаторе [56-58].
Особенностями термокатодов; применяемых в мощных гироприборах, являются их сложная форма и довольно большая площадь эмитирующей поверхности, что обуславливает технологические трудности изготовления таких катодов [55]. Существующие технологии не всегда обеспечивают достаточную эмиссионную однородность гиротронных кагодов. Кроме того, в процессе эксплуатации гиротрона возможно изменение эмиссионных характеристик катода, например, в результате ион-
\
ной и электронной бомбардировки его поверхности. Чрезвычайно важно1 поэтому иметь инструменты, которые могли бы быть использованы для диагностики гиротронных катодов и для повышения их эмиссионной однородности в процессе эксплуатации.
К началу исследований, выполненных в рамках настоящей диссертационной работы, отсутствовали или были недостаточны знания о закономерностях возбуждения и развития колебаний пространственного заряда ВЭП, в том числе на частотах много меньше циклотронной частоты; о влиянии динамических процессов в пространственном заряде на характеристики электронного потока, поступающего- в резонатор; о связи параметров формируемого ВЭП с эмиссионными характеристиками термокато-дов и о методах повышения их однородности в процессе эксплуатации прибора; о возможности управления коллективными-динамическими процессами в электронном потоке с помощью регулируемых неоднородностей электрического и магнитного полей. Такие знания являются необходимой основой для проектирования и практической реализации систем формирования высококачественных ВЭП в мощных гироприборах, а также могут быть использованы в других устройствах с интенсивными электронными пучками. В определенной степени препятствовали получению трсбуе-
10
мой информации ограничения, присущие имеющимся методам экспериментального исследования физических процессов в электронных потоках гироприборов и методикам расчета динамики пространственного заряда в этих потоках. Краткое описание выполненных теоретических и экспериментальных работ по теме диссертации, анализ
I
которых был использован для постановки задач исследований, вынесено за рамки введения и приведено в начальных разделах каждой из глав 1-6 диссертационной работы.
Цели и задачи диссертационной работы
Целью настоящей работы являлось определение закономерностей формирования винтовых электронных потоков высокого качества для гирорезонансных устройств, а также выявление на этой основе возможностей-повышения эффективности генерации в мощных устройствах такого типа. Для-достижения указанной цели1 были поставлены и решены следующие основные задачи. )
1. Разработка и реализация комплекса экспериментальных методов, предназначенных для изучения основных характеристик винтовых электронных пучков в гирорезонансных устройствах.
2. Экспериментальное определение закономерностей возбуждения и развития низкочастотных коллективных процессов в пространственном'заряде ВЭП. Обоснование общности выявленных закономерностей при сопоставлении данных, полученных в различных устройствах гиротронного типа.
3. Разработка методики численного моделирования динамики объемного заряда в области формирования-ВЭП между катодом и резонатором-гироприборов и определение с использованием данной методики закономерностей процессов накопления и группировки электронов в этой области.
4. Теоретическое и экспериментальное определение закономерностей воздействия низкочастотных колебаний объемного заряда на основные характеристики ВЭП, в частности на пространственную структуру пучка и на распределения электронов по компонентам скорости и по энергии.
5. Определение закономерностей формирования неоднородностей термоэлектронной эмиссии катодов в гироприборах и влияния эмиссионных неоднородностей на качество ВЭП. Разработка методов диагностики гиро1ронных катодов и повышения их эмиссионной однородности.
11
6. На базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработка эффективных методов повышения качества ВЭП. Выявление возможностей достижения высокого КПД гиротронов в результате подавления паразитных низкочастотных колебаний и повышения эмиссионной однородности катодов.
Научная новизна^
Основные результаты, полученные в процессе исследований-и описанные в диссертационной работе, являются-новыми. Среди-наиболее важных оригинальных результатов можно выделить следующие.
1. Впервые реализован-комплекс слабовозмущающих методов экспериментального исследования, позволяющих получать информацию о динамических характеристиках и пространственной структуре объемного заряда, распределении* электронов ВЭП по компонентам скорости и .по энергии, характеристиках поверхности термоэмиттера МИЛ в устройствах гиротронного типа.
2. Получен комплекс новых экспериментальных.и.теоретических данных об условиях самовозбуждения и характеристиках низкочастотных колебаний-пространственного заряда ВЭП. Определены закономерности развития* низкочастотных неустойчивостей в электронном пространственном заряде и эффективные методьгуправления* коллективными процессами в пучке;
3. Получены данные о влиянии низкочастотных колебаний.на важнейшие характеристики ВЭП: энергетический-разброс электронов, структуру пучка в плоскости, поперечного сечения, плотность тока и.спектр энергий электронов,, бомбардирующих катод.
4. Экспериментально определено влияние эмиссионных неоднородностей термокатода МИЛ на пороговые условия.возбуждения и амплитудно-частотные характеристики колебанийпространственного заряда, на пространственную структуру пучка и разброс поперечных скоростей электронов, а также на. величину достижимого г КПД гиротрона.
5. Разработаны и экспериментально реализованы методы, повышения качества формируемого в ЭОС гиротрона электронного пучка с помощью регулируемых неоднородностей электрического и магнитного полей.
6. Экспериментально продемонстрирована возможность существенного (примерно в
1.3 раза) повышения КПД экспериментального гирогрона по сравненшо с КПД в
расчетном рабочем режиме в условиях формирования высококачественного ВЭП при подавленных паразитных колебаниях пространственного заряда.
Научно-практическая ценность результатов работы
Разработанные методы диагностики, отличаясь универсальностью, могут быть, использованы для исследования характеристик ВЭП в гироприборах широкого диапазона параметров, а также в других устройствах с интенсивными электронными потоками.
Выявленные закономерности динамических процессов в пространственном заряде ВЭП обладают достаточной степенью общности, что доказано результатами-экс-
V
периментов в различных системах гиротронного типа и данными*численного моделирования. На основе полученных данных определены условия*формирования-ВЭП высокого качества в ЭОС мощных гирорезонансных устройств, которые следует учитывать при их проектировании; и эксплуатации. Разработанные методы, подавления паразитных колебаний • пространственного заряда, и улучшения» качества ВЭП могут быть использованы1 для повышения* эффективности и предельных достижимых, параметров гироприборов различного назначения;
Опробованные в работе методы диагностики и обработки гиротронных термокатодов применимы для} катодных систем, с различными' размерами, и разным: типом* эмиссионного покрытия. Выработанные в результате исследований требования к эмиссионным характеристикам термокатодов могут быть использованы на этапах их начальной-отбраковки и последующей эксплуатации в мощных гирорезонансных устройствах.
Результаты работ, составившие основу диссертации, были использованы при реализации совместных проектов СПбГПУ с организациями, специализирующимися на проектировании, изготовлении и эксплуатации, мощных устройств гиротронного типа, - ИПФ РАН (Нижний Новгород), ЗАО НЛП ’Тиком" (Нижний Новгород, Москва), НПО "Исток" (Фрязино), Исследовательский центр и Институт технологии (Карлсруэ, Германия). Отдельные результаты диссертационной работы вошли в учебный курс "Физические основы СВЧ электроники", читаемый на радиофизическом факультете СПбГПУ.
Положения, выносимые на защиту
1. Новые сведения, необходимые для развития представлений о закономерностях формирования ВЭП высокого качества в гирорезонансных устройствах, позволяет получать разработанный и реализованный комплекс слабовозмущающих методов диагностики, обладающих высокими показателями чувствительности, временного и пространственного разрешения.
2. Разработанная модель численного1 моделирования, позволяет рассчитывать в типичных режимах работы гироприборов динамику накопления электронов'в.ловушке между катодом немагнитной пробкой; а.также развитие в захваченном в ловушку пространственном-заряде коллективных процессов, с характерными, частотами в диапазоне десятков-сотен мегагерц.
3. Механизм1 возникновения- низкочастотных колебаний, в захваченном: в ловушку пространственном заряде, определенный на основании: полученных экспериментальных и расчетных данных, связан с развитием неустойчивости в ансамбле неизохронных электронных осцилляторов, подобной неустойчивости отрицательной-массы.
4. Низкочастотные колебания пространственного/ заряда возникают в электроннооптической системе гироприборов при превышении питч-фактором порогового значения и ведут к ухудшению качества ВЭП, проявляющемуся в уширенишспектра энергий электронов, в. изменении пространственной структуры пучка вследствие смещения;электронов.поперек силовых линий магнитного поля, в бомбарди-
' ровке катода и появлении вторичных электронов;
5. При уровне эмиссионных неоднородностей термокатода магнетронно-инжекторной пушки, превышающем предельное значение, возрастание этих неоднородностей приводит к увеличению скоростного разброса электронов и снижению порогового питч-фактора возбуждения1 низкочастотных колебаний; пространственного заряда, а в присутствии этих колебаний - к увеличению их амплитуды и разброса электронов по энергии.
6. Снижение амплитуды низкочастотных колебаний и повышение качества-ВЭП, необходимые для увеличения рабочего питч-фактора и КПД гиротрона, могут быть достигнуты за счет выработанных в работе методов оптимизации.распределений электрического и магнигного полей в.области формированияВЭП, а также при по-
вышении эмиссионной однородности термокатода с помощью термической и ионной обработки.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях, семинарах: Всесоюзная конференция "Методы и средства диагностирования изделий , электронной* техники" (Москва, 1989); Всесоюзный семинар "Волновые и ■ колебательные явления-в электронных приборах О-типа" (Ленинград, 1990); Всесоюзное совещание-семинар "Диагностика поверхности ионными, пучками" (Москва; 1990); Всесоюзная конференция-по эмиссионной электронике (Ленинград, 1990); Всесоюзная конференция "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Москва; 1991); Всесоюзный семинар по вторичной ионной и-ионио-фотоиной эмиссии (Харьков, 1991); 9, 12, 13 и 14-Яч зимние школы-семинары по электронике СВЧ и.радиофизике (Саратов, 1993; 2003;* 2006;
2009); 20-я международная конференция по инфракрасным и миллиметровым волнам (Orlando, USA, 1995); 11-я и 12-я- международные конференции по мощным пучкам заряженных частиц (Praguc, Czcch Rep., 1996; Haifa, Israel; 1998); Международная* конференция, по вакуумным электронным источникам (Eindhoven, The Netherlands, 1996); Всероссийская межвузовская конференция-"Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ” (Саратов, 1997); Международное совещание "Мазеры на циклотронном резонансе и гиротроны" (Kibbutz Ma'ale Hacha-misha, Israel, 1998); Международная межвузовская конференция "Электроника и радиофизика СВЧ" (Санкт-Петербург, 1999); 5-й и 6-й международные симпозиумы "Мощные микроволны.в-плазме" (Нижний Новгород, 2002; 2005); 10-я международная- конференция, по вакуумной^ электронике и дисплеям (Garmisch-Partenkirchen, Gcrmany, 2004); совместные 29, 31 и 32-я международные конференции по инфракрасным и миллиметровым волнам и-12, 14-я и 15-я международные конференции по тсрагерцовой электронике (Karlsruhe, Germany, 2004; Shanghai, China, 2006; Cardiff, UK, 2007); 7-й семинар по мощному высокочастотному излучению (Kalamata, Greece, 2005); 18-й совместный российско-германский, семинар по гиротронам и электронному циклотронному нагреву (Нижний Новгород, 2006); 35-я международная конференция по физике плазмы (Karlsruhe, Germany, 2008);
15
35-я международная конференция по инфракрасным, миллиметровым и терагерцо-вым волнам (Rome, Italy, 2010).
Представленные в диссертации результаты были получены в рамках работ, выполненных в СПбГПУ по договорам с НПО "Исток” в период с 1986 по 1989-г., договорам с ЗАО НПП "Гиком" и ИПФ РАН (Нижний Новгород) в период с 1989 по 1998 г., грантам РФФИ (№№ 98-02-18323, 01-02-17081, 05-02-08024, 08-02-00324), гранту INTAS (№ 03-51-3861), контрактам с Исследовательским центром и Институтом технологии (Карлсруэ, Германия) в период с 2000 по 2010 г. Материалы данных работ докладывались и обсуждались на научно-технических семинарах в-СПбГПУ, НПО "Исток", ИПФ РАН, ФТИ им А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), Университете г. Карлсруэ (Германия).
Публикации
. По материалам, изложенным в диссертационной работе, автором опубликовано 58 работ [А1-А58], включая-19 статей в • отечественных и зарубежных журналах, 15 статей в сборниках * докладов конференций; 4 авторских свидетельства, 20 тезисов докладов на конференциях. 16 статей опубликовано в журналах из списка ВАК ведущих российских рецензируемых изданий:
Личный'вклад автора*
Все представленные в диссертационной работе.результаты были получены автором лично либо под его непосредственным руководством в период с 1986 по 2010 г. Постановка задач-исследований; выбор методов и инструментов'достижения поставленных целей, анализ полученных результатов осуществлялись совместно с проф. Г.Г. Сомииским, а на первом этапе (до 1992 г.) - также совместно с проф.
О.Ю. Цыбиным. Все работы, состоящие в (1) конструировании,- контроле изготовления и сборки экспериментальных приборов и установок; (2) разработке и практической реализации экспериментальных диагностик; (3) разработке методики-численного моделирования; (4) проведении экспериментов и расчетов; (5) обработке полученных данных, были выполнены автором лично при участии аспирантов Д.В. Касьяненко и Д.Б. Самсонова, а также студентов кафедры физической электроники СПбГПУ.
16
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитированной литературы (296 наименований) и списка авторских публикаций (58 наименований). Объем диссертации составляет 285 страниц, включая 95 рисунков.
• Краткое содержание разделов диссертации
Во введении.обосновывается.актуальность работы, формулируются ее цели, научная новизна и практическая значимость, а также положения, выносимые на защиту, приводится информация о личном^ вкладе и публикациях автора-диссертации, кратко излагается ее содержание.
В каждой из глав 1-6 вначале приведен краткий обзор литературных данных по теме соответствующей главы и формулируются- задачи- исследований, затем представлены оригинальные материалы, полученные в рамках диссертационной работы, и в заключение обобщаются полученные результаты.
Глава Vпосвящена.описанию приборов и установок, с использованием которых была выполнена экспериментальная часть работы. Отличительной- особенностью приборов ЭОСГ-1, ЭОСГ-2, ЭОСГ-3, которые были разрабоганы на базе применяемых на практике гиротронов, являлось. отсутствие высокодобротного резонатора. Эго. давало возможность исследовать закономерности формирования- и-характеристики-ВЭГГв;условиях, когда отсутствует интенсивное излучение на частоте циклотронного резоцанса, способное заметно повлиять на эти характеристики. Сопоставление данных, полученных в приборах с различающимися геометрией ЭОС и режимами работы, служило основанием для вывода об общности выявленных закономерностей физических процессов в пространственном заряде ВЭП и о возможности использования1 разработанных методов повышения качества пучка в различных гирорезопансных устройствах.
. Накопленные знания о физических процессах, сопровождающих формирование и транспортировку ВЭП в ЭОС гиротронного типа, были-затем-использованы в.экспериментах с генерирующим гиротроном. Для этих экспериментов был изготовлен гиромонотрон с рабочей частотой 74.7 ГГц и средним (около 100 кВ) уровнем выходной СВЧ мощности. В данном приборе применялась импульсная магнитная система, работающая при комнатной температуре, что позволило получить в относительно короткие сроки значительный объем важной-информации без расходов на дорогостоя-
16
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитированной литературы (296 наименований) и списка авторских публикаций (58 наименований). Объем диссертации составляет 285 страниц, включая 95 рисунков.
Краткое содержание разделов диссертации
Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются ее цели, научная новизна и практическая значимость, а также положения, выносимые на защиту, приводится информация о личном вкладе и публикациях автора диссертации, кратко излагается ее содержание.
В каждой из глав 1-6 вначале приведен краткий обзор литературных данных по теме соответствующей главы и формулируются задачи исследований, затем, представлены оригинальные материалы, полученные в рамках диссертационной работы, и в заключение обобщаются полученные результаты.
Гпава 7, посвящена описанию приборов и установок, с использованием которых была выполнена экспериментальная часть работы. Отличительной- особенностью приборов ЭОСГ-1, ЭООГ-2, ЭОСГ-3, которые были разработаны-на базе применяемых на. \ практике гиротронов, являлось отсутствие высокодобротного резонатора. Это давало возможность исследовать закономерности формирования и характеристики ВЭГГ.в ус-ч ловиях, когда отсутствует интенсивное излучение на частоте циклотронног о резонанса, способное замегно повлиять на эти характеристики. Сопоставление данных, полученных в приборах с различающимися геометрией ЭОС и режимами работы, служило основанием для вывода об общности выявленных закономерностей физических процессов в пространственном заряде ВЭП и о возможности использования разработанных мегодов повышения качества пучка в различных гирорсзонансных устройствах.
Накопленные знания о физических процессах, сопровождающих формирование и транспортировку ВЭП в ЭОС гиротронного типа, были затем использованы в экспериментах с генерирующим гиротроном. Для этих экспериментов был изготовлен гиромонотрои с рабочей частотой 74.7 ГГц и средним (около 100 кВ) уровнем выходной СВЧ мощности. В данном приборе применялась импульсная магнитная система, работающая при комнатной температуре, что позволило получить в относительно короткие сроки значительный объем важной информации без расходов на дорогостоя-
17
щие хладагенты. Выбор для этих исследований гиротрона с умеренным уровнем энергии, запасенной в ВЭГ1, (в рабочем режиме: ускоряющее напряжение - 30 кВ, ток пучка - 10 А, длительность импульса - 40 мке) значительно упрощал реализацию диагностик и проведение многих измерений.
Далее в дайной главе обсуждаются особенности методов диагностики и-экспериментального исследования, которые были использованы в настоящей работе. В совокупности эти методы образуют уникальный диагностический комплекс, предназначенный для определения-(1) эмиссионных характеристик термокатодов. МИГ11 на основе анализа пространственного распределения электронного тока и; характеристик потоков ионов с поверхности-эмиттера; (2) параметров распределения электронов ВЭП по компонентам скорости и по энергии;. (3) пространственной структуры- ВЭП; (4) амплитудно-частотных и пространственно-временных характеристик динамических процессов в объемном'заряде. ВЭП-в диапазоне частот 10^-1500 МГц; (5)> параметров потока электронов, бомбардирующих поверхность катода. Анализируются, также методические аспекты реализации разработанных способов-повышения качества формируемого в ЭОС гиротрона электронного пучка, которые связаны с оптимизацией распределений электрического и магнитного полей:
В заключении первой главы обобщаются результаты исследований эмиссионных характеристик термокатодов, которые использовались при» проведении.эксперимен-
I
тов. В. целом, было протестировано 25 гексаборид-лантановых-и металлопористых катодов. Приведены результаты обследования некоторых из катодов, демонстрирующие их типичные эмиссионные характеристики .в исходном состоянии, а также изменение, этих характеристика процессе эксплуатации катодов, в-том числе после термической и ионной обработки. Полученные данные были использованы^ изготовителями: гиро-тронных катодов для совершенствования/технологии их изготовления ^ активирования. На технологической базе ЗАО НПГ1 "Гиком-М" были созданы.металлопористыс эмиттеры для'мощных гиротронов-с требуемыми параметрами.по эмиссионной• активности, долговечности й степени неоднородности эмиссии. Выполненные исследования позволили обосновать возможность применения ионной обработки термокатодов для повышения их эмиссионной однородности, в том числе непосредственно в условиях работающего гиротрона.
18
В главе 2 представлены результаты экспериментальных исследований низкочастотных коллективных процессов в ВЭП, выполненных в электронно-оптических системах гиротронного типа и в экспериментальном гиротроне. Основное внимание в этих исследованиях было уделено паразитным колебаниям с частотой'в диапазоне 20-И60 МГц, развивающимся в электронном пространственном заряде, захваченном в ловушку между катодом и магнитной пробкой: В широком диапазоне изменения рабочих параметров экспериментальных приборов определены амплитудно-частотные и фазовые характеристики, а также пороговые условия возбуждения; этих колебаний. Полученные экспериментальные' данные позволили выявить- пространственную^ структуру колебаний-и особенности их развития во времени. Было введено > понятие-порогового питч-фактора, при превышении которого в электронном потоке присутствуют паразитные НЧК. Изучено влияние на пороговый-питч-фактор1 величины, разброса поперечных скоростей электронов в ВЭП.
В' экспериментальном^ гиротроне выявлена область существования паразитных НЧК и определены-условия, когда».эти* колебания* возбуждаются при значениях магнитного поля, соответствующих зоне генерации на рабочей моде-ТЕ^з- Исследованы спектры-колебаний при различной величине потока электронов,- отражающихся-от, магнитной пробки. Показано, что с ростом, коэффициента отражения от пробки происходит усложнение спектров. НЧК, а при интенсивном потоке частиц* в.ловушку захваченный в нее пространственный заряд является источником широкополосных хаотических сигналов. Получены экспериментальные данные, указывающие на отсутствие заметного влияния на исследованные коллективные процессы в ловушке со стороны внешних цепей, соединяющих гиротрон с источниками питания и с измерительной аппаратурой.
Кроме локализованных в ловушке НЧК, были.также исследованы более высокочастотные колебания с частотой в*диапазоне 600-ИЮО-МГц. Дано экспериментальное подтверждение тому, что эти колебания могут быть связаны с конвективным.усилением волн пространственного заряда на участке дрейфа ВЭП.
Глава 3 посвящена теоретическому исследованию процессов накопления и группировки пространственного заряда в ловушке ЭОС гиротронного типа. Разработанный автором подход к моделированию динамики пространственного заряда, основанный на методе крупных частиц, позволил принципиально сократить затраты, ма-
шинного времени на один шаг интегрирования и существенно увеличить время анализа по сравнению с двумерным моделированием. Доступные временные интервалы моделирования, составляющие сотни периодов осцилляций частиц в ловушке, дали возможность проанализировать динамику накопления в ней объемного заряда и развития неустойчивости для рабочих параметров ВЭП в гиротронах, независимо от их геометрии, мощности, рабочей длины волны и т.д.
На примере ЭОС гиротронов с различными параметрами определены пороговые условия возбуждения и амплитудно-частотные характеристики низкочастотных колебаний, связанных с развитием неустойчивости в объемном заряде в ловушке. Результаты моделирования показали, что паразитные колебания могут возбуждаться при' значениях питч-фактора и скоростного разброса; близких к реализуемым в мощных гиротронах. Возникающие при этом переменные поля'пространственного заряда приводят к снижению качества формируемого ВЭП; которое проявляется в возникновении высокочастотной модуляции плотности электронного пространственного-заряда, уширении энергетического спектра электронов, появлении* выделенных "пучков''' с разными продольными, скоростями, бомбардировке катода- и эмиссии вторичных элекгронов. На основе полученных экспериментальных и расчетных данных о характеристиках колебаний предложен механизм развития неустойчивости в-ансамбле неизохронных электронных осцилляторов в ловушке, подобный неустойчивости отрицательной массы. Проанализирован способ воздействия на инкремент развития данной неустойчивости при регулировании распределения, магнитного поля в области компрессии ВЭП. В расчетах получены оптимизированные распределения магнитного поля, при которых подавлены паразитные НЧК.
В целом, результаты проведенного численного моделирования, удовлетворительно согласуются* с данными экспериментов, которые были выполнены в различ-
э
ных системах гиротронного типа-и описаны -в-других главах настоящей работы. Это касается пороговых условий возбуждения и спектральных характеристик НЧК, в* частности эффектов*стохастизации коллективных процессов.в ловушке, влияния-низкочастотных полей пространственного заряда на характеристики формируемого ВЭП, эффективных способов управления колебаниями при регулировании распределений электрического и магнитного полей.
20
В главе 4 приведены результаты исследований влияния эмиссионных характеристик термокатодов на качество ВЭП и эффективность генерации СВЧ излучения в ги-рорезонансных устройствах. Эксперименты, выполненные в различных приборах, позволили определить влияние степени эмиссионных неоднородностей на пороговые условия возбуждения и амплитудно-частотные характеристики колебаний пространственного заряда в ВЭП, а также на разброс поперечных скоростей электронов; Изучены особенности пространственной структуры, пучка, обусловленные неоднородностью эмиссии с катода. Данные о влиянии.эмиссионных неоднородностей, на.работу экспериментального гиротрона позволили дополнить имеющую информацию; необходимую^для: определения областей устойчивой .работы прибора, характеризующихся-, высоким качеством формируемого ВЭП'с малым разбросом но-скоростями отсутствием паразитных колебаний пространственного заряда.
На. основе полученных экспериментальных данных определен пороговый* уровень эмиссионных неоднородностей/термокатодов, при превышении которого данный фактор может оказывать, негативное, влияние на- качество 'Электронного потока1 в* гироприборах... . •
Глава 5 посвящена исследованию влияния развивающихся-в ВЭП: низкочастотных колебаний на характеристики пучка, определяющие эффективность генерации СВЧ излучения в гирорезонансных устройствах. С использованием модифицированной версии экспериментального-гиротрона,, в которой было подавлено возбуждение элекгромагнитного излучения на частотах циклотронного резонанса,.было определено влияние НЧКна спектр энергий.электронов в1 ВЭП. Показано, что даже при-малой амплитуде паразитных НЧК вблизи порога их возбуждения уширение энергетического спектра электронов; вызванное действием переменных полей пространственного заряда, может приводить к заметному снижению КПД гироприборов.. На. основе полученных экспериментальных данных проанализировано влияние колебаний.на. важнейшие характеристики ВЭП: энергетический разброс электронов, структуру пучка в плоскости поперечного сечения, плотность тока и спектр энергий электронов;. бомбардирующих катод. Проведено сравнение измеренных и. рассчитанных-, спектров энергий электронов-в потоке на коллектор в присутствии СВЧ генерации, что позволило оценить величину разброса поперечных скоростей электронов ВЭП в экспериментальном гиротроне.
21
Глава 6 посвящена исследованию методов управления низкочастотными коллективными процессами в пространственном заряде ВЭП. Основное внимание уделено определению возможности подавления паразитных колебаний, развивающихся в захваченном в ловушку' пространственном заряде. Разработанные методы основываются на регулировании распределений электрического и магнитного полей в области формирования пучка. Изучена экспериментально и теоретически с использованием методов численного моделирования возможность управлеиия.характеристиками НЧК при:
- введении регулируемых неоднородностей электрического поля в области магнитной компрессии ВЭП;
- регулировании распределения электрического поля в прикатодной области МИГ1, в том числе при изменении потенциала управляющего электрода, изолированного от катодного блока экспериментального гиротрона;
- изменении распределения магнитного* ноля на участке персмагничивания пучка между пушкой и резонаторной областью гиротрона.
Подавление НЧК реализовано за счет введения дополнительных потерь электронов из ловушки, а'также в результате воздействия на-инкремент развития неустойчивости в захваченном в ловушку пространственном заряде.
Совместное применение разработанных методов подавления НЧК в экспериментальном гиротроне, оснащенном термокатодом с достаточной-степенью эмиссионной однородности, позволило обеспечить высокое качество формируемого ВЭП при работе в режимах с большим питч-фактором* (более 1.5) и. увеличить на этой основе КПД прибора в-1.3 раза по сравнению с расчетным рабочим режимом. На основании-результатов экспериментов и численных расчетов анализируются возможные технические решения по применению разработанных методов-повышения'качества ВЭП в конструкциях высокоэффективных мощных устройств гиротронного типа:
В заключении диссертационной работы сформулированы ее основные результаты.
Глава 1
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
В соответствии с задачами настоящей работы были сконструированы и изготовлены экспериментальные приборы и установки, предназначенные для. комплексного исследования физических процессов в винтовых электронных пучках систем гиро-тронного типа: Экспериментальное обеспечение работы описывается В’ разделах 1.2-
1.4 данной'главы. Описание-оригинальных результатов предваряется кратким обзором систем: формирования электронных потоков для гирорезонансных устройств и рассмотрением известных методов , измерения'основных характеристика ВЭП (раздел 1.1). Обсуждение конструкций:и особенностей режимов работы экспериментальных приборов приводится в разделе 1.2. Экспериментальные методики.рассматривав ются в разделе 1.3. В; разделе 1.4 приведены, результаты .измерений* характеристик термокатодов; использованных в экспериментальных приборах, а также обсуждаются методы, термической И' ионной- обработки^ гиротронных катодов.. Материал данной-главы, в основном; представлен в следующих работах автора диссертации [А2, A3, А8-А11, А13-А15, А17-А19; А21; A3 Г, А34, А35, А37, А38, А41-А43, A4S, А47-А50,-А52,А58]. „ . : •
l;li Электронно-оптическнехистемы гирорезонансных устройств ш • методы диагностики ВЭН (обзор)?
Работа гирорезонансных устройств основана на механизме когерентного циклотронного излучения электронов, вращающихся в магнитном поле. В этих приборах электроны резонансно взаимодействуют с быстрыми электромагнитными волнами; сконцентрированными в пространстве взаимодействия (резонаторе), размеры которого могут заметно'превышать длину волны излучения.. Эта принципиальная особенность гироприборов позволяет с их помощью достичь мегаваттного уровня выходной мощности в миллиметровом диапазоне длин волн, а также открывает перспективы практического освоения: более коротковолнового диапазона вплоть до терагерцовых волн (например; [9,10, 17-19, 28, 59-62]).
23
Конструкция простейшего гиромонотрона - наиболее распространенного типа гирорезонансных приборов - схематически показана на рис. 1.1. Здесь для формирования полого ВЭП используется магнетронно-инжекторная пушка с термоэмиссионным катодом, в которой электрическое поле имеет перпендикулярную и параллельную составляющие по отношению к силовой линии магнитного поля. Как следствие, эмитируемые с катода электроны, ускоряясь в области пу шки, приобретают продольную и поперечную компоненты скорости. До поступления в резонатор электроны двигаются в нарастающем магнитном поле, где осуществляется адиабатическое сжатие пучка и перекачка продольной энергии частиц в поперечную. При взаимодействии электронов с электромагнитным полем в резонаторе происходит передача части их поперечной энергии в энергию выходного СВЧ излучения на частоте, близкой к циклотронной частоте электронов или се гармоникам. Группировка электронов в резонаторе связана с развитием МЦР-неустойчивости, в основе которой лежит релятивистская зависимость циклотронной частоты электронов от их энергии. Прошедшие через область резонатора электроны оседают на коллекторе в спадающем магнитном иоле. Металлический канал, на котором оседают электроны, представляет собой сла-бонерегулярный волновод, служащий для транспортировки выходного излучения в сторон}' нагрузки, располагающейся снаружи прибора за вакуумным СВЧ окном.
Для реализации современных мощных гиротронных комплексов потребовалось решение ряда физических и технологических проблем, что привело к заметному усложнению конструкции приборов по сравнению с первыми образцами, изготовленными в СССР в конце 60-х годов (например, [2, 3, 7, 10, 17]). На рис. 1.2 показан схе-
Рис. 1.1. Схема гиромонотрона.
24
400 мм
і________________ 1
Криостат и СП. соленоиды
Изолятор
/ Коллектор
СВЧ излучение (волновой пучок)
Электронная Канал дрейфа Резонатор Квазиоптический
пушка пучка преобразователь
Рис. 1.2. Схематический чертеж 140 ГГц, 1 МВт квазинспрсрывного гиротрона с одноступенчатой рекуперацией [20].
матичсский чертеж 140 ГГц, 1 МВт квазинепрерывного гиротрона, предназначенного для нагрева высокотемпературной плазмы. В качестве элементов подобных приборов используются сверхпроводящий соленоид, состоящий из нескольких катушек и помещенный в криостат; сверхразмерный резонатор, обеспечивающий устойчивую генерацию на рабочей моде высокого порядка; квазиоптический преобразователь выходного излучения в волновой пучок с выводом его через алмазное СВЧ окно в направлении, перпендикулярном оси прибора; изолированный от корпуса лампы коллектор электронного пучка, обеспечивающий рекуперацию остаточной энергии электронов для повышения КПД [4-25].
Механизм поперечной группировки, основанный на релятивистской зависимости циклотронной частоты электронов от их энергии, используется не только в рассмотренной выше разновидности гирорезонансных устройств - гиромонотроне. Для традиционных СВЧ устройств О-типа с прямолинейными пучками разработаны свои гиротронные аналоги (гироклистрон, гиро-ЛБВ, гиро-ЛОВ и др.), в которых реализуется преобразование энергии электронов, движущихся по винтообразным траекториям, в СВЧ излучение миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн
25
(например, [7, 9, 11, 60]). В последнее время активно разрабатываются разновидности гироприборов с коаксиальными резонаторами, в которых может быть обеспечена дополнительная селекция мод высших порядков, решена проблема с провисанием потенциала ВЭП при больших токах пучка, а также реализована возможность плавной регулировки частоты выходного излучения ґіри изменении продольного положения внутреннего электрода [29, 36, 52, 63-65].
Электронно-оптическая-, система, включающая МИП и область адиабатической компрессии пучка (рис. 1.1), используется в .большинстве случаев для формирования поливинтовых ВЭП с умеренной (до - 0.5 МэВ) энергией- частиц в гиронриборах с частотой выходного излучения в широком.диапазоне от десятков гигагерц до ~ 1;ТГц (например, [30, 65-74)). Простые соотношения в рамках адиабатической теории [32, 75-77) позволяют оценить характеристики ВЭП для такой системы и на этой;основе сформулировать требования к параметрам пушки; которые в-окончательном виде определяются в. результате численного траєкторного анализа (например, [54, 78-86]). Применение адиабатической теории: предполагает . относительно^малую> величину пространственного заряда пучка, при которой катод МИП работает в режиме температурного ограничения эмиссии (Г-режим). Именно такой-режим-работы, когда поле на катоде сравнительно, мало; ослабляется кулоновским полем, пучка, реализуется в большинстве современных мощных гиротронов. Однако имеются и разработки гиротронов с МИП, формирующими пучки в режиме ограничения тока пространственным зарядом (р-режим) [87—90]. Переход в.этот режим вызван желанием устранить.присущие Г-режиму недостатки, в частности влияние неоднородности эмиссии^ на. качество ВЭП. (см. и. 4.1)..
Выбор пушки, отличной.от "классического" варианта адиабатической'МИП, может быть обусловлен и другими причинами,.связанными со спецификой конструкции или режимами работы, конкретных гирорезонансных приборов.'. Например, в релятивистских гиротронах ИПФ РАИ использовали МИП с быстрым: (неадиабатическим)
. * # ... . \ - • - • • • . . - в *
выводом электронов в область высоких потенциалов для формирования ВЭП с при-
і . • . ’ \ .
смлемыми значениями питч-фактора и скоростного разброса при ускоряющем напряжении 280 кВ и токе пучка до 100 А [39; 66, 67, 91]. Примером применения технологии вакуумной микроэлектроники в области гирорезонансных приборов может являться описанная в работе [92] пушка, в которой в качестве эмиттера были использо-