Релятивистский свч-генератор

 

Соизэ Советскнк

Соцналнстнческнх

Реслублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Звявле о 21.04.80 (21) 2917l 55/18-21 t51) М. КЛ.З

Н 01 J 25/50 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государстаеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 151181. Бюллетень )4о 42 153) УДК 621, 385, б (088. 8) Дата опубликования описания 15. 11. 81 (72) Авторы изобретения

A,Ð.Áoðèñoâ, A,Г.Жерлицын, Г.В.Мельников, A.Ñ.ÑóëàêøèH и Ю.Г.штейн (71) Заявитель

Научно-исследовательский ин ститут ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.N.Êèðoâà (54) РЕЛЯТИВИСТСКИЙ СВЧ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к технике

ВСЧ и может быть использовано для генерации интенсивного СВЧ излучения с длинами волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.

Известно устройство для получения

СВЧ излучения миллиметрового диапазона, содержащее сильноточный ускоритель, основанное на рассеянии длинноволнового излучения на релятивистском пучке электронов в более коротковолновое излучение. Устройство содержит пушку с магнитной изоляцией для создания потока электронов, источник питания пушки, магнитную систему в виде соленоида для магнитной изоляции пушки и траспортировки электронного потока через круглый волновод служащий пространством взаимодействия электронного пучка и электромагнитной волны, внешний магнетрон, соединенный с волноводом трактом СВЧ и являющийся генератором накачки, и источник питания магнетрона (|j .

Недостатки данного .устройства— трудность точноЯ синхронизации различных: источников питания магнетрона и электронной пушки, малая интенсивность генерагора накачки, так как,импульсная мощность классических магнетронов не превышает десятка мегаватт, что в результате ограничивает коэффициент полезного действия уст5 ройства.

Ближайшим к изобретению техническим решением является релятивистский

СВЧ генератор, содержащий источник электронов, волновод, образующий пространство взаимодействия, объе диненный с ним в одной вакуумной оболочке генератор накачки, магнитную систему вывода энергии. В качестве .генератора накачки использован карсинотрон, подключенный к концу волновода, обращенному к выводу энергии. Пучок электронов, инжектируемый пушкой с магнитной изоляцией, распространяется через волновод (пространство взаимодействия).и карсинотрон. Излучение, генерируемой карсинотроном, распространяется навстречу электронному т1отоку в круглый водновод. Рассеянное электромагное.излучение миллиметрового диапазона проходит через карсинотрон и излучается в свободное пространство через рупор для вывода СВЧ излучения (2).

Недостатком данного устройства является снижение КПД из-за укорочения

881895 импульса рассеянного излучения и рас ширения спектра излучения, так как пучок электронов, проходя волновод, отдает часть своей энергии, в результате чего в карсинотроне генерация прекращается вследствие нарушения ус ловий резонансного взаимодействия пучка со структурой карсинотрона.

Цель изобретения — повышение коэффициента полезного действия генератора. 10

Поставленная цель достигается тем, что в релятивистском генераторе СВЧ, содержащем источник электронов, образующий пространство взаимодействия, объединенный с ним н одной 5 вакуумной оболочке генератор накачки, магнитную систему и устройство нывода энергии, генератор накачки выполнен в ниде релятивистского магнетрона с катодом, анодом и выводом энер- щ гии с СВЧ трактом, при этом нолновод размещен между торцом магнетрона и устройством вывода энергии генератора, анод является продолжением волновода, катод выступает за торец ано- 25 да в волновод и является одновременно источником электронов генератора, а конец СВЧ тракта магнетрона подключен к концу волновода, обращенному к устройству вывода энергии генератора.

На чертеже изображено устройство.

Устройство содержит источник 1 питания и виде двойной формирующей линии сильноточного ускорителя, катод 2, многорезонаторный анодный блок 3 релятивистского магнетрона, магнитную систему 4 устройства, волновод 5, образующий пространство взаимодействия, релятивистский электронный пучок б, рупор 7 для вывода 40

СВЧ энергии, волноводный СВЧ тракт 8 магнетрона.

Устройство работает следующим о6разом.

Импульс высокого напряжений от 45 источника 1 питания прикладывается между катодом 2 и анодным блоком 3 магнетрона и волноводом 5, так как последний соединен с анодны блоком 3, находится под одним потенциалом с 50 ним, и создает электрическое поле, перпендикулярное к направлению поля магнитной системы.. Катод 2 образует с нолноводом 5,электронную пушку, а с анодным блоком 3 — релятивистский 55 магяетрои. Релятивистский магнетрон и электронная щлака с взрывоэмкссионным холодным катодом работают одновременно в режиме магнитной изоляции, которая обеспечивается магнитной системой 4. Магнетрон генери, рует СВЧ излученйе высокого уровня мощности (10 ГВт при 2 10 см), а коэффициент полезного действия релятивистского маги@трона достигает

40Ъ.

Излучение, генерируемое реляти-вистским магнетроном, через волноводный СВЧ тракт 8, соединяющий выход релятивистского магнетрона с входом волновода 5, образующего пространство взаимодействия, поступает в волновод 5 навстречу релятивистскому пучку б. Пучок инжектируется электронной пушкой, а его транспортировка через нолновод обеспечивается соленоидом магнитной системы 4 устройства. Излучение, взаимодействуя с реля тивистским электронным пучком б, пре-! образуется в излучение миллиметрового диапазона, которое распространяет-, ся в направлении электронного пучка б и проходит через рупор вывода энергии генератора 7. Рупор является запредельным для излучения, генерируемого магнетроном.

Благодаря отсутствию влияния рассеянного излучения на генератор на- качки КПД устройства увеличивается.

Кроме того, для создания электронного пучка используется часть электронного потока, создаваемого в простран-, стве взаимодействия магнетрона, обычно бесполезно уходящая в торцы.прибора, и таким образом экономится часть энергии, требуемой для создания электронного пучка. Более высокая интенсивность генератора накачки позволяет существенно увеличить выходную мощность, что повышает также коэффициент полезного действия релятивистского СВЧ генератора .

Настоящий релятивистский генератор миллиметрового диапазона позволяет ( генерировать СВЧ излучения миллиметровых длин волн с более высоким КПД и находит применение в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, в радиолокациях связи, плазмохимии .и т.д., что имеет важное народнохозяйственное значение.

Формула изобретения

Релятивистский СВЧ генератор,содержащий источник электронов, нолновод, образующий пространство взаимодействия, и обЪединенный с ним в одной вакуумной оболочке генератор накачки, магнитную систему и устройство вывода энергии, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД генератора, генератор накачки выполнен в виде релятивистского магнетрона с катодом, анодом и выводом энегрии с СВЧ трактом, при этом волновод размещен между торцом магнетрона и устройством вывода энергии генератора, анод является продолжением волновода, катод выступает за торец анода в нолновод и является одновременно источником электронов генератора, а конец СВЧ тракта магнетрона подключен к концу волновода, 881895

Составитель IO.Дербишер

Редактор Т.Парфенова Техред А. Савка Корректор И.Макаренко

Тираж 787. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Заказ 12141

Филиал ППП Патент r. ужгород, ул., Проектная, 4.обращенному к устройству вывода энергии генератора..

Источники информации, принятые во внимание при экспертиз

i. Pasor З.А. and ВцФ, Am

Phys Soc. 1976, 21, 112.

2. Жуков П.Г. и др. Возбужденное комптоновское рассеяние на релятивистском электронном пучке. — Журнал экспериментальной и теоретической физики . 1979, 76, 6, с. 2065 (протоэ тип) .