Новый тип электронного прибора – гиротон на гофрированном резонаторе

Abstract

В статье описан новый тип электронного прибора – гиротон на гофрированном резонаторе. В данном приборе не происходит пространственная группировка электронного потока, однако имеется возможность достижения высокого коэффициента преобразования мощности электронного потока в мощность электромагнитной вращающейся волны. Прямолинейный на входе в прибор электронный поток за счет начального отклонения его от оси замедленной TM₁₁-волны отдает свою продольную энергию этой же волне с КПД более 80 %. Описанный в статье метод сводит 3D-задачу к 1D-задаче, что повышает скорость и точность решения краевой задачи. Разработанная математическая модель является основой для компьютерной программы расчета и оптимизации процессов взаимодействия релятивистских электронных потоков с полями нерегулярных круглых волноводов Gyro-K, которая входит в программный комплекс КЕДР. Разработанная математическая модель процессов взаимодействия релятивистского электронного потока с полями нерегулярных круглых волноводов и резонаторов позволяет провести теоретический анализ работы гиротона-генератора с гофрированным резонатором. Как результат, в статье продемонстрирована возможность обеспечения электронного КПД более 80 % и выходной мощности до 30 МВт для разработанной математической модели гиротона на гофрированном резонаторе.

У статті описаний новий тип електронного приладу - гіротон на гофрованому резонаторі. У даному приладі не відбувається просторове групування електронного потоку, однак є можливість досягнення високого коефіцієнта перетворення потужності електронного потоку на потужність електро-магнітної хвилі, що обертається. Прямолінійний на вході у прилад електронний потік за рахунок початкового відхилення його від осі сповільненої TM₁₁-хвилі віддає свою подовжню енергію цій же хвилі з ККД більше 80 %. Описаний в статті метод зводить 3D-задачу до 1D-задачі, що підвищує швидкість і точність розв’язання крайової задачі. Розроблена математична модель є основою для комп'ютерної програми розрахунку та оптимізації процесів взаємодії релятивістських елект-ронних потоків з полями нерегулярних круглих хвилеводів Gyro-K, яка входить до програмного комплексу КЕДР. Розроблено математичну модель процесів взаємодії релятивістського електронного потоку з полями нерегулярних круглих хвилеводів і резонаторів, яка дозволяє виконати теоретичний аналіз роботи гіротона-генератора з гофрованим резонатором. Як результат, в статті продемонстровано можливість забезпечення електронного ККД більше 80 % і вихідної потужності до 30 МВт для розробленої математичної моделі гіротона на гофрованому резонаторі.

The article describes a new type electronic device - gyroton on a corrugated resonator. In this device there is no spatial grouping of the electron beam, but it is possible to achieve a high conversion factor of the power of the electron beam into the power of the electromagnetic rotating wave. Straight-line at the input of the device, the electron beam gives its longitudinal energy to the same wave with an efficiency of more than 80 % due to its initial deviation from the axis of the slowed down TM₁₁-wave. The me-thod described in the article reduces the 3D-problem to the 1D-problem, which increases the speed and accuracy of the solution of the boundary value problem. The developed mathematical model is the basis for a computer program for calculating and optimizing the interaction of relativistic electron flows with the fields of irregular round waveguides Gyro-K, which is a part of the software complex KEDR. The developed mathematical model of interaction processes of the relativistic electron beam with the fields of irregular circular waveguides and resonators makes it possible to carry out a theoretical analysis of the operation of a gyrotron generator with a corrugated resonator. As a result, the article demonstrated the possibility of providing an electronic efficiency of more than 80% and an output power of up to 30 MW for the developed gyroton mathematical model on a corrugated resonator.