Международные отношения
Генераторы дифракционного излучения
- Подробности
- Категория: Международные отношения
Окно вывода мощности должно удовлетворять двум основным требованиям: быть вакуумплотным при всех условиях эксплуатации гироприбора, обеспечивать прохождение высоких уровней СВЧ мощности при минимальных потерях и минимальных рассогласованиях в рабочем диапазоне частот.
Окна вывода мощности в гироприборах обычно выполняются при использовании одного или двух диэлектрических дисков. Для обеспечения минимальных рассогласований толщина дисков выбирается равной где s диэлектрическая проницаемость
примененного материала, X рабочая длина волны. В этом случае отражения от двух поверхностей диска взаимно компенсируются. Материал диска должен иметь малые потери в рабочем диапазоне частот и быть одновременно достаточно прочным, чтобы работать ванны в широком интервале температур под действием атмосферного воздействия и давления охлаждающей жидкости.
Гироприборы непрерывного действия в большинстве случаев имеют окна вывода мощности, выполненные при использовании двух дисков из алюмооксидной керамики или из монокристалла сапфира.
В связи с малой теплопроводностью этих материалов применяется охлаждение их поверхностей при помощи жидкости, протекающей между дисками. Охлаждающая жидкость должна иметь малые потери в рабочем диапазоне частот. Существенным фактором при эксплуатации окон вывода мощности этого типа является опасность закипания жидкости при ее перегреве изза потерь и при колебаниях скорости протекания ее между дисками 43.
Для уменьшения потерь в окне можно применить охлаждение диэлектрика до температур, при которых диэлектрические потери существенно уменьшаются, а теплопроводность материала возрастает. Известно успешное применение в гиротроне большой мощности конструкции окна с одним диском из сапфира, охлаждаемого до гелиевых температур 82.
В импульсных гиротронах, предназначенных для работы в термоядерных реакторах, применяется режим с длительностью импульсов доли и единицы секунд с большими паузами между импульсами (см. 1.2.2.1). В таких приборах может быть применено инерционное охлаждение окна вывода мощности, с охлаждением диска по его периметру. Конкретные разработки мощных гироприборов подтвердили эффективность применения конструкции с одним диском из нитрида бора в указанных длиноимпульсных режимах 83.
Наиболее обещающим материалом для окна вывода мощности мощных гиротронов с уровнями мощности превышающем 1 МВт в непрерывном режиме в области частот /=110170 ГГц является алмазная пластина, изготовленная химическим паровым осаждением (CVD chemcal vapor deposton). Представляет интерес сопоставление основных параметров алмаза CVD и окиси бериллия, отличающейся высокой теплопроводностью и в связи с этим находящей широкое применение в ЭВП, например, в ЛБВ в качестве держателей спиральных замедляющих систем (см. главу 2 части 1.), приведенное в таблице 4 54.
Можно видеть, что теплопроводность CVDалмаза в 7 раз больше, чем у BeO, при этом жесткость алмаза, определяемая его модулем упругости, выше почти в 4 раза.
Благодаря своим высоким параметрам по теплопроводности и прочности CVDалмаз начинает активно применяться при построении мощных гироприборов. Измерения, проведенные при построении гиротрона непрерывного действия с уровнем выходной мощности 2 МВт на частоте 145 ГГц, показали, что величина тангенса угла потерь применяемого в окне вывода мощности CVDалмаза tg5<1x105 84.
Представляет несомненный интерес возможность применения этого перспективного материала и в других классах электронных приборов в качестве конструкционных диэлектрических элементов с высокой теплопроводностьюопределяемое выбранными характеристиками электронного потока и типом применяемой ЭОС.
Создают распределение магнитного поля в области коллектора в соответствии с выбранной электроннооптической системой с адиабатическим уменьшением магнитного поля или с полной экранировкой области коллектора.
На частотах, превышающих 30 ГГц, требуемые величины магнитной индукции В>1 T при работе на основной частоте циклотронного резонанса. При таких величинах индукции в большинстве разработок гиротронных приборов применяются соленоиды в режиме сверхпроводимости. Обычно требуемое распределение магнитного поля создается независимыми соленоидами в областях пространства взаимодействия, электронной пушки и коллектора. Наибольший уровень индукции создается в области высокочастотной системы и поэтому соответствующие соленоидальные катушки размещаются в дьюарах с гелиевой температурой. Сверхпроводящие соленоиды, работающие при гелиевой температуре, изготовляются, как правило, из проволоки Nb3T. Соленоиды, формирующие магнитные поля в областях электронной пушки и коллектора, выполняются как сверхпроводящими, так и работающими при нормальной температуре.
В последние годы внедрена новая технология создания сверхпроводящих соленоидов. В соответствии с этой технологией намотка соленоидов производится обычным проводом Nb3T в сочетании с материалами из высокотемпературных сверхпроводников ВТСП. Материал из ВТСП применяется для подведения электрического питания к катушкам из Nb3T. Поскольку теплопроводность материала из ВТСП на три порядка меньше чем у меди, возникает температурный барьер между внутренним проводом и внешней средой. Такая технология в сочетании с разработкой криоохладителей с замкнутым циклом позволяет получить магнитные поля до 9 Т при температуре провода из Nb3T равной 45 К.
Технология создания магнитных систем на основе материалов из ВТСП активно развивается. На основе этой технологии создаются сверхпроводящие магнитные системы, работающие при температурах 15 К и более высоких. Создаются конструкции сверхпроводящих магнитов, в которых не требуется применение жидкостной криогеники 42, 85.
Генераторы дифракционного излучения (ГДИ) являются сравнительно новыми перспективными источниками электромагнитного излучения миллиметрового (ММ) и субмиллиметрового (субММ) диапазонов длин волн. Их работа базируется на физическом явлении когерентного дифракционного излучения электронного пучка, движущегося вблизи периодической структуры, а в качестве резонансной системы используется высокодобротный открытый резонатор (ОР). ГДИ выгодно отличаются от других вакуумных источников Отипа ММи субММдиапазонов волн высокой стабильностью частоты, узким спектром выходного сигнала, низким уровнем шумов, широким диапазоном электромеханической перестройки и сравнительно большим уровнем выходной мощности. В таких генераторах осуществляется распределенное взаимодействие электронных пучков с полями периодических структур с привлечением для энергообмена объемных электромагнитных волн в пространственноразвитых открытых электродинамических системах, что позволяет преодолеть принципиальные затруднения, возникающие в классических генераторах при укорочении длины волны.