редитрон
Классы МПК: | H01J25/68 лампы, специально предназначенные для работы в качестве генераторов, с положительной сеткой и тормозящим полем, например для генераторов Баркгаузена - Курца |
Автор(ы): | Селемир В.Д., Дубинов А.Е., Степанов Н.В. |
Патентообладатель(и): | Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-08-07 публикация патента:
20.09.1995 |
Использование: релятивистская СВЧ-электроника, может быть применено для генерации мощных СВЧ-импульсов. Сущность изобретения: редитрон содержит анодный электрод, состоящий из гальванически связанных и аксиально расположенных анода, диафрагмы и трубы дрейфа, аксиально расположенный внутри анода и отделенный от него промежутком катодный электрод, параллельно торцовой поверхности которого с зазором расположена диафрагма, систему возбуждения магнитного поля, расположенную по периметру диафрагмы с внешней стороны трубы с зазором относительно нее, а также соединенную с трубой дрейфа систему для вывода излучения. Конструкция системы возбуждения магнитного поля по первому варианту выполнена в виде одного соленоида с кольцом из ферромагнитного материала, расположенного в плоскости диафрагмы между соленоидом и трубой дрейфа с зазором относительно последних, а по второму варианту из двух соленоидов, причем оба соленоида размещены на равном расстоянии по разные стороны от плоскости диафрагмы. Такая конструкция устройства повышает КПД генерации путем вывода из области взаимодействия несинфазных электронов. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. РЕДИТРОН, содержащий анодный электрод, который состоит из гальванически связанных и аксиально расположенных анода, диафрагмы и трубы дрейфа, аксиально расположенный внутри анода и отделенный от него промежутком катодный электрод, параллельно торцевой поверхности которого с зазором расположена диафрагма, систему возбуждения магнитного поля в виде одного соленоида, расположенного по периметру диафрагмы с внешней стороны трубы с зазором относительно нее, а также соединенную с трубой дрейфа систему для вывода излучения, отличающийся тем, что в плоскости диафрагмы между соленоидом и трубой дрейфа с зазором относительно последних расположено кольцо из ферромагнитного материала. 2. Редитрон, содержащий анодный электрод, который состоит из гальванически связанных и аксиально расположенных анода, диафрагмы и трубы дрейфа, аксиально расположенный внутри анода и отделенный от него промежутком катодный электрод, параллельно торцевой поверхности которого с зазором расположена диафрагма, систему возбуждения магнитного поля с одним соленоидом, расположенную по периметру диафрагмы с внешней стороны трубы с зазором относительно нее, а также соединенную с трубой дрейфа систему для вывода излучения, отличающийся тем, что в систему возбуждения магнитного поля введен второй соленоид, причем оба соленоида размещены по разные стороны от плоскости диафрагмы.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к релятивистской СВЧ-электронике и может быть использовано при разработке мощных генераторов СВЧ-излучения. Известны мощные генераторы СВЧ-излучения на основе систем с виртуальным катодом (ВК), называемые виркаторами и содержащие анодный электрод, состоящий из анода, диафрагмы и трубы дрейфа, катодный электрод, систему возбуждения аксиального магнитного поля, а также устройство вывода излучения (Григорьев В. П. Жерлицын А.Г. Коваль Т.В. Физика плазмы. 1990, т.16, N 11, с. 1353). Генерация СВЧ-излучения в приборах такого типа возможна лишь при условии формирования ВК, то есть когда ток в диоде превышает некоторый предельный ток эквипотенциальной области (трубы дрейфа), и от энергии ускорения электронов в диоде ВК, сформированный в трубе дрейфа, испускает поочередно порции заряда то вперед, то назад. Электроны, пролетающие вперед, называются пролетными электронами. Их наличие уменьшает КПД генератора, так как они, ускоряясь, уносят энергию поля. Электроны, возвращающиеся назад, называются осциллирующими: захватываясь в колебательное движение между реальным катодом диода ускорителя и ВК, они генерируют СВЧ-излучение. Осциллирующих электронов в промежутке постепенно становится больше, чем пролетных, так как первые накапливаются в области взаимодействия, а последние сразу выводятся из нее. В этом заключается механизм фазовой сепарации, обуславливающий высокий КПД генерации: если ток в диоде изменяется со временем по закону i i(t) (фиг.1а), то генерируемая мощность находится с помощью интегрированияP(t)
![редитрон, патент № 2044361](/images/patents/428/2044361/2044361t.gif)
![редитрон, патент № 2044361](/images/patents/428/2044052/945.gif)
to момент времени, когда ток в диоде достигнет значения предельного для трубы дрейфа тока io. Эта зависимость показана на фиг.1б кривой 1. В принципе нет ограничений на величину генерируемой мощности, в том числе возможен режим, когда мощность генерации в некоторый момент времени превысит мгновенную мощность пучка (КПД по мощности более 100%). Однако в эксперименте этого не происходит, так как в некоторый момент возникает срыв генерации, резкое падение мощности, обогащение спектра и хаотизация электронного потока, что показано на фиг.1б кривой 2. Эта неустойчивость является главным недостатком в виркаторах и проявляется практически во всех экспериментах (Platt R. et al. Appl. Phys. Lett. 1989, v. 54, N 13, р. 1215), [3] (Hwang C.S. et al. J. Appl. Phys. 1991, v. 69, N 3, р. 1247) и др. Причиной этого срыва генерации является накопление в области ВК пространственного заряда такой величины, что возникает пробой между ВК и боковой стенкой трубы дрейфа, который шунтирует ВК. Эта неустойчивость не развивается в редитроне разновидности виркатора (reflected electron discrimination tube reditron) (Davis H.A. et al. IEEE Trans. on Pl. Sc. 1988, v. PS-16, N 2, р. 192). Редитрон содержит анодный электрод, который состоит из гальванически связанных и аксиально расположенных анода, диафрагмы и трубы дрейфа, аксиально расположенный внутри анода и отделенный от него промежутком катодный электрод, параллельно торцовой поверхности которого с зазором расположена диафрагма, систему возбуждения магнитного поля в виде одного соленоида, расположенного по периметру диафрагмы с внешней стороны трубы с зазором относительно нее, а также соединенную с трубой дрейфа систему для вывода излучения. Этот генератор наиболее близок по сущности к заявляемому и выбран за прототип для обоих вариантов предлагаемого устройства. Отсутствие неустойчивости срыва колебаний в редитроне обусловлено особым устройством диафрагмы. Известно, что электроны, отраженные от ВК, летят назад несколько по другим траекториям, чем при движении к ВК. Таким образом, если использовать диафрагму с толщиной, соответствующей полному поглощению электронов, и с круговой прорезью напротив цилиндрического полого катода, то электроны, инжектированные в трубу дрейфа сквозь прорезь, отразятся от ВК и поглотятся толстой частью диафрагмы. Этот механизм препятствует накоплению осциллирующих электронов в потенциальной яме "катод-ВК" или, что то же самое, росту пространственного заряда в области ВК. Однако по этой же причине мощность генерации в редитроне не может расти так, как в обычном виркаторе, что связано с искусственным подавлением режима фазовой сепарации, то есть в известном редитроне (см. фиг.1в). P(t)=
![редитрон, патент № 2044361](/images/patents/428/2044052/946.gif)
![редитрон, патент № 2044361](/images/patents/428/2044052/946.gif)
![редитрон, патент № 2044361](/images/patents/428/2044052/945.gif)
Ускоряющее напряжение в диоде, кВ 500 Ток пучка, кА 50
Величина зазора анод- -катод, см 3
Примерный диапазон поля в соленоидах, кГс 0,5-5
Ожидаемое увеличение КПД генерации СВЧ-излучения по мощности в 3-4 раза по сравнению с прототипом и для первого и для второго вариантов. Помимо устранения срыва и увеличения КПД генерации, дискриминация мягких электронов обостряет спектр генерируемого СВЧ-излучения, а также увеличивает длительность импульса СВЧ-излучения. Ожидаемые выходные параметры позволяют использовать предлагаемые варианты для практических целей, например для нагрева плазмы в импульсных термоядерных установках, а также в линиях передачи электромагнитной энергии на большие расстояния.
Класс H01J25/68 лампы, специально предназначенные для работы в качестве генераторов, с положительной сеткой и тормозящим полем, например для генераторов Баркгаузена - Курца
сверхвысокочастотный генератор на основе виртуального катода - патент 2444805 (10.03.2012) | ![]() |
генератор свч сигналов на виртуальном катоде - патент 2444082 (27.02.2012) | ![]() |
генератор на виртуальном катоде - патент 2431902 (20.10.2011) | ![]() |
генератор хаотических радиоимпульсов на виртуальном катоде - патент 2431901 (20.10.2011) | ![]() |
клистронный генератор - патент 2396632 (10.08.2010) | ![]() |
виркатор на основе радиального пучка - патент 2387040 (20.04.2010) | ![]() |
генератор электрического тока на потоке плазмы - патент 2349984 (20.03.2009) | ![]() |
магнетрон - патент 2334301 (20.09.2008) | ![]() |
свч-генератор на виртуальных катодах - патент 2325724 (27.05.2008) | ![]() |
свч-генератор - патент 2321099 (27.03.2008) | ![]() |