Багатомодова нелінійна нестаціонарна теорія коаксіального гіротрона :: НВК ВДЕРТ

Багатомодова нелінійна нестаціонарна теорія коаксіального гіротрона


Розроблено комплексний код SIE, в основу якого покладено побудовану багатомодову нелінійну нестаціонарну теорію коаксіального гіротрона. Код дозволяє розраховувати та оптимізувати параметри ефективності гіротрона (омічні втрати, ККД, резонансні частоти, дифракційні добротності), та сценарії конкуренції мод. Також на відміну від існуючих розроблений код включає новий фізичний ефект - присутність вищих просторових гармонік на кожній резонансній частоті коаксіального резонатора. Вплив вищих просторових гармонік полягає у трьох основних аспектах:

	модифікації полів біля гофрованої поверхні, що веде до зменшення втрат енергії у внутрішньому провіднику коаксіального резонатора;

	зміні локального поперечного хвильового числа або локальної частоти відсічення;

	зміні коефіцієнтів зв'язку конкуруючих хвиль з пучком заряджених частинок.

Шляхом прямого числового моделювання сценарію конкуренції мод для параметрів предпрототипу індустріальної версії коаксіального гіротрона показано, що зміна локального поперечного хвильового числа і зміна коефіцієнтів зв'язку конкуруючих хвиль з урахуванням вищих просторових гармонік суттєво не впливає на процес збудження в коаксіальному резонаторі лише у випадку одномодового наближення. Тільки в цьому випадку отримані результати добре співпадають з результатами коду Карлсруе, а також з експериментальними даними (Рис. 1). Однак при встановленні багатохвильових режимів у коаксіальному гіротроні зазначені ефекти суттєво змінюють сценарій конкуренції мод (Рис. 2). Це стосується як порядку проходження мод, так і областей генерації та максимальної потужності робочої моди.

	Рис. 1. Залежність вихідної потужності ТЕ_34,19 коаксіального гіротрона від прискорюючої напруги в одномодовому наближенні.

	Рис. 2. Сценарій запуску гіротрона для номінальних робочих параметрів, де (1) – код НВК ВДЕРТ (SIE), (2) – код Карлсруе (SELFT), (3) – експериментальні дані.

Результати багатохвильового розгляду (урахування 6 мод) узгоджуються з експериментальними даними при введенні ефективного затухання на рівні 12% (це також стосується інших кодів). Тому важливим завданням є дослідження нових механізмів затухання в коаксіальному резонаторі.

Визначено, що зменшення втрат енергії у внутрішньому провіднику можна використовувати для додаткової селекції мод шляхом збільшення радіусу внутрішнього провідника [61(2010)]. Крім цього можливе подальше їх зменшення шляхом оптимального вибору глибини гофрів.

Отримані результати суттєво залежать від кількості та типу врахованих паразитних мод.