Многомодовая нелинейная нестационарная теория коаксиального гиротрона :: НПК ВИЭРТ

Многомодовая нелинейная нестационарная теория коаксиального гиротрона


Разработан комплексный код SIE, в основу которого была положена построенная многомодовая нелинейная нестационарная теория коаксиального гиротрона. Код позволяет рассчитывать и оптимизировать параметры эффективности гиротрона (омические потери, КПД, резонансные частоты, дифракционные добротности), и сценарии конкуренции мод. Также в отличие от существующих разработанный код включает новый физический эффект - присутствие высших пространственных гармоник на каждой резонансной частоте коаксиального резонатора. Влияние высших пространственных гармоник заключается в трех основных аспектах:

	модификации полей близ гофрированной поверхности, которая ведет к уменьшению потерь энергии во внутреннем проводнике коаксиального резонатора;

	изменению локального поперечного волнового числа или локальной частоты отсечения;

	изменению коэффициентов связи конкурирующих волн с пучком заряженных частиц.

Путем прямого числового моделирования сценария конкуренции мод для параметров предпрототипа индустриальной версии коаксиального геротрона показано, что изменение локального поперечного волнового числа и изменение коэффициентов связи конкурирующих волн с учетом высших пространственных гармоник существенным образом не влияет на процесс возбуждения в коаксиальном резонаторе лишь в случае одномодового приближение. Только в этом случае полученные результаты хорошо совпадают с результатами кода Карлсруе, а также с экспериментальными данными (Рис. 1). Однако при установлении многоволновых режимов в коаксиальном гератроне указанные эффекты существенным образом изменяют сценарий конкуренции мод (Рис. 2). Это касается как порядка прохождения мод, так и областей генерации и максимальной мощности рабочей моды.

	Рис. 1. Зависимость исходной мощности ТЕ_34,19 коаксиального гиротрона от ускоряющегося напряжения в одномодовом приближении.

	Рис. 2. Сценарий запуска гиротрона для номинальных рабочих параметров, где (1) – код НПК ВИЭРТ (SIE), (2) – код Карлсруе (SELFT), (3) – экспериментальные данные.

Результаты многоволнового рассмотрения (учет 6 мод) согласовываются с экспериментальными данными при введении эффективного затухания на уровне 12% (это также касается других кодов). Поэтому важной задачей являются исследования новых механизмов затухания в коаксиальном резонаторе.

Определено, что уменьшение потерь энергии во внутреннем проводнике можно использовать для дополнительной селекции мод путем увеличения радиуса внутреннего проводника [61(2010)]. Кроме этого возможно дальнейшее их уменьшение путем оптимального выбора глубины гофров.

Полученные результаты существенным образом зависят от количества и типа учтенных паразитных мод.