Учеными Института проблем лазерных и информационных технологий РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН теоретически исследованы особенности группирования кольцевых электронных потоков в мощных клистронах. Показано, что использование кольцевых потоков позволяет улучшить процесс группирования за счет уменьшения эффекта расслоения и провисания потенциала. Определены параметры кольцевых пучков, от которых зависит степень улучшения эффективности группирования. Показано, что при сохранении эффективности группирования использование кольцевых потоков позволяет увеличить силу тока пучка и выходную мощность на 30–100 % по сравнению со сплошными электронными пучками. Определены зависимости степени возможного повышения силы тока от параметров кольцевых электронных пучков.

Широкому внедрению кольцевых электронных потоков в мощных клистронах мешает недостаточная исследованность условий их эффективного применения. Проведенные исследования подтвердили возможность увеличения КПД многорезонаторного клистрона на 5–6 % за счет использования кольцевых электронных потоков. Полученные в результате оптимизационных расчетов сравнительные зависимости предельных значений электронного КПД для клистронов со сплошным (график 1) и кольцевым пучком (график 3) представлены на рис. 1. Показано, что замена сплошного электронного пучка на кольцевой позволяет увеличить силу тока пучка и мощность прибора на 30–100 % при том же значении КПД (см. графики 1, 2 на рис.1).

Рис. 1. Зависимость предельных электронных КПД клистрона от числа резонаторов для различных величин тока электронного пучка I₀:
(1) – сплошной пучок, I₀=17,25 А; (2) – кольцевой пучок, I₀=27,3 А; (3) – кольцевой пучок, I₀=17,25 А.

Получено аналитическое выражение для выбора параметров кольцевого электронного потока, обеспечивающее такую замену. На рис. 2 приведены зависимости относительного увеличения силы тока кольцевого пучка от коэффициента заполнения пучка при различных значениях толщины пучка кольцевого пучка. В миллиметровом диапазоне применение кольцевых электронных потоков может позволить обеспечить рекордные значения выходной мощности однолучевых клистронов.

Рис. 2. Зависимость увеличения силы тока I₀ при замене сплошного пучка кольцевым при сохранении значения КПД от коэффициента заполнения пучка σ_b　для различных значений толщины кольцевого пучка: (1) – σ_b=0,5; (2) – σ_b=0,6; (3) – σ_b=0,7; (4) – σ_b=0,8; (5) – σ_b=0,9.

Подробнее в журнале　Известия Российской академии наук. Серия физическая.

Источник: ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН.