EP0770264B1 - Magnetsystem für gyrotrons - Google Patents

Magnetsystem für gyrotrons Download PDF

Info

Publication number
EP0770264B1
EP0770264B1 EP95924292A EP95924292A EP0770264B1 EP 0770264 B1 EP0770264 B1 EP 0770264B1 EP 95924292 A EP95924292 A EP 95924292A EP 95924292 A EP95924292 A EP 95924292A EP 0770264 B1 EP0770264 B1 EP 0770264B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic field
gyrotrons
permanent magnet
steady
axial magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95924292A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0770264A1 (de
Inventor
Arnold MÖBIUS
Julius Pretterebner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Karlsruhe GmbH filed Critical Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Publication of EP0770264A1 publication Critical patent/EP0770264A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0770264B1 publication Critical patent/EP0770264B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/10—Magnet systems for directing or deflecting the discharge along a desired path, e.g. a spiral path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2225/00—Transit-time tubes, e.g. Klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J2225/02—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators
    • H01J2225/025—Tubes with electron stream modulated in velocity or density in a modulator zone and thereafter giving up energy in an inducing zone, the zones being associated with one or more resonators with an electron stream following a helical path

Definitions

  • the invention relates to a magnet system for gyrotrons for production the axial magnetic direct field between the emitter and collector area.
  • the purpose of the invention is that the operation is complex powered gyrotron magnet system, be it conventional or superconducting electromagnets, thanks to a maintenance-free Permanent magnet system to replace without constructive Conversion measures on the gyrotron tube itself would be necessary.
  • Gyrotrons are sources for the generation of high microwave powers at high frequencies, such as those used to heat fusion plasmas are needed. Typical orders of magnitude are 1 MW output power and frequencies in the range of 100 GHz.
  • gyrotrons currently have an electrical one Efficiency of 50% reached (operation in the first Harmonics of the cyclotron frequency). Another increase it is not so urgent at least at the moment. Indeed are gyrotrons for industrial use such. B. Surface coatings and ceramic sintering interesting, see above that the question of higher efficiency and associated with it also the question of lower cooling capacity required and lower Material expenditure gets economic importance.
  • Parameters of such gyrotrons are relatively lower frequencies (e.g. 30 GHz) at low powers (e.g. 10 kW). Size Losses of efficiency arise in the one serving as an interaction space Gyrotron resonator, the largest cooling effort arises on Collector, the second largest cooling effort is created with normal conductive Magnet working gyrotrons in the magnet. The Losses in the magnet can be reduced by using permanent magnets decrease drastically.
  • the invention has for its object the previously used supra- or normal conducting magnets through permanent magnet arrangements to replace the - unlike previously designed Permanent magnet arrangements - neither additional scientific or require construction work in the gyrotron tube nor the use of constructive developments Previously available gyrotrons (such as equipment with prestressed Restrict collectors) or make them impossible. In addition are said to be electron beam reflections and electron beam instabilities be avoided in the gyrotron.
  • Subclaim 2 characterizes the simplest, namely symmetrical, but also a more material-intensive construction the permanent magnet system (7).
  • Claim 3 indicates a material-saving, asymmetrical Structure of the permanent system 7, with which one has a strong Magnetic field reversal generated outside the electron beam range, but which has no influence.
  • Figure 1 shows the basic structure of a gyrotron with the invention Device for generating the static magnetic field.
  • Figure 2 shows the basic desired dependence of the magnetic Leading field along the gyrotron axis.
  • Figure 3a and 3b and 4a and 4b the basic structure of the Device according to the invention for generating the static magnetic field and the field along the axis.
  • the electrons propagate as a hollow beam on helical tracks - guided by a static magnetic field - From the cathode 1 to the resonator (11) and leave it as a "used" beam to the collector (13), where the the resulting heat must be dissipated.
  • B * R 2nd const
  • ⁇ and ⁇ are predetermined speed ratios and magnetic field in the resonator 11 and a selectable (triode) or fixed (diode) compression ratio (ratio of the hollow beam radii)
  • m is the relativistic mass of the electrons with the elementary charge e
  • B is the magnetic flux density.
  • the required magnetic field in the first harmonic is approximately 1.1 T in the second harmonic approximately 0.55 T.
  • the field sought along the gyrotron axis (8) can be seen in FIG. 2.
  • Prestressed collectors are necessary to increase the efficiency.
  • the ratio of the energy taken from the electrons to the original energy is the electrical efficiency ⁇ ei .
  • the overall efficiency can now be increased by letting the beam strike a prestressed collector, whereby part of the energy of the beam used is recovered with the efficiency ⁇ c .
  • prestressed collectors is practically impossible or drastically complicated by a reversal of the sign of the axial magnetic guide field along the electron beam path.
  • Laminar cathodes should also be used on the cathode side to be able to and to keep adjustment problems low - in the area the cathode (1) the axial magnetic field locally constant be, see Figure 2.
  • Figure 1 shows the basic schematic structure of a gyrotron.
  • Figure 2 shows, as already mentioned, the course of the desired axial magnetic constant field in the gyrotron areas: Emitter (9), compression area (10), resonator (11), decompression area (12) and Collector (13).
  • the wavy course of the magnetic flux density is more or less provoked depending on the interpretation (see DE 42 36 149 A1), namely through the structure of the inner surface on the permanent magnets (15, 14, 15).
  • the field strength about 5 - 25% of the axial constant field is in the emitter region in the resonator area.
  • Figure 3a shows a symmetrical arrangement of the permanent magnet system 7. It is therefore only the right half as a computer printout shown, since it is the one relevant for the gyrotron Magnetic field line course shows.
  • the radially polarized middle one Magnet 14 better the drawn axial half is over Brackets, which are not shown, with the right, axially polarized magnet (15), over the common conical surfaces in touch.
  • the course of the constant field depending on the z-axis, 3b shows part of the gyrotron axis 8.
  • This The flux density curve is point symmetrical to the axis origin and there also has only one zero crossing (stagnation point) Field reversal.
  • the radially polarized ones shown in Fig. 3a are Permanent magnet half and the right of it subsequent axially polarized permanent magnet (15) basically suitable a magnetic DC field without zero crossing to generate in the gyrotron area. Only the weaker is missing DC field for the emitter area. The not hinted at The left half essentially serves to erupt the Prevent field.
  • the permanent magnet system (7) in Figure 4a meets the requirements of the constant field in the gyrotron, with it in particular Magnetic material saved. It consists of the central, radially polarized, ring-shaped permanent magnets (14). On the right (collector side) in the figure, the axially closes polarized, ring-shaped permanent magnet (15). Left closes the magnetic arrangement blocking the outbreak of the field on. This geometric shape of the enables the required field structure in the gyrotron area.
  • the low DC field in the emitter zone is due to the overlay of the small annular, axially polarized permanent magnet fully achieved with a rectangular longitudinal section.
  • the field is thus more complete through the borehole of the Magnet system forced.
  • a sign reversal of the axial Magnetic field is not found in the gyrotron area or only of minor importance Strength instead and only once.
  • the electron beam from the emitter (9) to the collector (13) be stably managed.
  • the field is thus more complete through the borehole of the Magnet system forced.
  • a sign reversal of the axial Magnetic field is not found in the gyrotron area or only of minor importance Strength instead and only once.
  • In order to the electron beam can be stable from the emitter to the collector be performed.

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem für Gyrotrons zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfeldes zwischen Emitter- und Kollektorbereich.
Zweck der Erfindung ist es, das vom Betrieb her aufwendige strombetriebene Gyrotron-Magnetsystem, seien es konventionelle oder supraleitende Elektromagnete, durch ein wartungsfreies Permanentmagnetsystem zu ersetzen, ohne daß konstruktive Umbaumaßnahmen am Gyrotronrohr selbst notwendig wären.
Gyrotrons sind Quellen zur Erzeugung von hohen Mikrowellenleistungen bei hohen Frequenzen, wie sie zur Heizung von Fusionsplasmen benötigt werden. Typische Größenordnungen liegen bei 1 MW Ausgangsleistung und Frequenzen im Bereich von 100 GHz.
Den grundsätzlichen Aufbau und die Beschreibung eines Gyrotrons zeigt Meinke-Gundlach in "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" (Springer Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1986) auf den Seiten M82 - M85. Gyrotron Oscillators lassen sich ohne besondern Aufwand in das Vakuumrohr und das das Führungsfeld erzeugende Magnetsystem zerlegen. Insbesondere Hochleistungsgyrotrons sind als Zusatzheizung für Fusionsplasmen vorgesehen (siehe Seiten S17 und S18).
Bisher gibt es lediglich theoretische Arbeiten zur Beherrschung von Elektronenstrahlinstabilitäten bei Gyrotrons. In Int. Journ. of Infrared and Millimeter Waves, Vol. 14, No. 4, 1993 ist ein Aufsatz von A. N. Kuftin et al. unter dem Titel: "Theory of Helical Electron Beams in Gyrotrons" veröffentlicht. Permanentmagnetsysteme zur Führung helikaler Elektronenstrahlen werden betrachtet. Das Permanentmagnetsystem besteht aus einem zentralen, axial polarisierten Permanentmagnet und an dessen beiden Stirnflächen ansetzende, gegensinnig radial polarisierte Permanentmagnete (Fig. 10 darin). Bei diesem System findet im Elektronenstrahlbereich des Gyrotrons eine starke magnetische Feldumkehr des Axialfeldes und ein starker Anstieg des Feldes an der Berandung statt.
Sollen alle Elektronen gleiche Startbedingungen haben, erlaubt der starke Anstieg des Feldes im Bereich des Emitters darüber hinaus nur den Einsatz effektiv schmaler Emitterringe. Emitterring und Magnetfeld müssen exakt justiert werden.
Die Feldumkehr am Kollektor zieht Beschränkungen bei der Auslegung des Kollektors insbesondere bei vorgespannten Kollektoren nach sich.
Technisch betrachtet haben Gyrotrons derzeit einen elektrischen Wirkungsgrad von 50 % erreicht (Betrieb in der ersten Harmonischen der Zyklotronfrequenz). Eine weitere Erhöhung desselben ist zumindest derzeit nicht so drängend. Allerdings werden Gyrotrons für den industriellen Einsatz, wie z. B. Oberflächenbeschichtungen und Keramiksinterung interessant, so daß die Frage des höheren Wirkungsgrades und damit verbunden auch die Frage niedriger erforderlicher Kühleistung sowie geringerer Materialaufwand wirtschaftliche Bedeutung bekommt.
Parameter solcher Gyrotrons sind relativ niedrigere Frequenzen (z. B. 30 GHz) bei niedrigen Leistungen (z. B. 10 kW). Große Wirkungsgradeinbußen entstehen im als Wechselwirkungsraum dienenden Gyrotronresonator, der größte Kühlaufwand entsteht am Kollektor, der zweitgrößte Kühlaufwand entsteht bei mit normalleitenden Magneten arbeitenden Gyrotrons im Magneten. Die Verluste im Magneten lassen sich durch den Einsatz von Permanentmagneten drastisch verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher verwendeten supra- oder normalleitenden Magnete durch Permanentmagnetanordnungen zu ersetzen, die - anders als bei bisher ausgelegten Permanentmagnetanordnungen - weder zusätzliche wissenschaftliche oder konstruktive Arbeiten im Gyrotronrohr erfordern noch die Verwendung konstruktiver Weiterentwicklungen bisher erhältlicher Gyrotrons (wie z. B. Ausrüstung mit vorgespannten Kollektoren) einschränken oder unmöglich machen. Zusätzlich sollen Elektronenstrahlreflexionen und Elektronenstrahlinstabilitäten im Gyrotron vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost. Ein zentraler, radial polarisierter, ein zum Kollektorbereich (13) hinangebrachter, axial polarisierter Ringmagnet (15) und eine an der entgegengesetzten Stirnfläche des zentralen Ringmagneten (14) ansetzende, den Ausbruch des Feldes blockierende Ringmagnetanordnung (15) erzeugen den im Elektronenstrahlbereich erwünschten Magnetfeldverlauf grundsätzlich. Aufgrund des geforderten Feldverlaufs (Anspruch 4 z. B.) wird die Geometrie der Permanentmagnete(14, 15) mit Rechnerhilfe festgelegt. Eine starke, aber so nur bedeutungslose Feldumkehr findet nur noch außerhalb des Elektronenstrahlbereichs in Verlängerung des Emitters (9) statt. Eine bei dem Stand der Technik von Magnetsystemen zweite Umkehr des Magnetfeldes wird vermieden oder in seiner Amplitude bedeutungslos. Die mechanische Verspannung des Magnetsystems ist eine technisch bekannte Lösung.
Der Unteranspruch 2 kennzeichnet den einfachsten, nämlich symmetrischen, allerdings auch einen materialintensiveren Aufbau des Permanentmagnetsystems (7).
Anspruch 3 kennzeichnet eine materialsparende, assymmetrische Struktur des Permanentsystems 7, mit der man eine starke Magnetfeldumkehr außerhalb des Elektronenstrahlbereichs erzeugt, die aber keinen Einfluß hat.
Mit einem einfachen, axial polarisierten Permanentmagnet im Emitterbereich läßt sich das axiale Emittergleichfeld, das erheblich schwächer als das axiale Resonatorgleichfeld ist, einstellen (Anspruch 5).
Zur Feldkorrektur und Flußkonzentration finden strombetriebene Solenoide und Weicheisenbaugruppen noch Einsatz (Anspruch 6 und 7). Weitere bekannte Korrekturmöglichkeiten am axialen Gleichmagnetfelds können mit verschiebbaren Solenoiden erreicht werden.
Im folgenden soll die Vorrichtung erläutert und nähers begründet werden. Hierzu sind in der Zeichnung sechs Figuren aufgenommen werden.
Es zeigen:
Figur 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Gyrotrons mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung des statischen Magnetfeldes.
Figur 2 die grundsätzliche angestrebte Abhängigkeit des magnetischen Führungsfeldes längs der Gyrotronachse.
Figur 3a und 3b sowie 4a und 4b den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung des statischen Magnetfeldes und das Feld längs der Achse.
Im Gyrotron, Fig. 1 propagieren die Elektronen als Hohlstrahl auf helixförmigen Bahnen - von einem statischen Magnetfeld geführt - von der Kathode 1 zum Resonator (11) und verlassen ihn als "verbrauchten" Strahl zum Kollektor (13), wo die entstehende Wärme abgeführt werden muß.
Der Radius des Elektronenhohlstrahls R wird vom magnetischen Führungsfeld B durch die Beziehung B*R2 = const festgelegt (siehe hierzu und im folgenden Gyrotron Oscillators, Their Principles and Practice, edited by C.J. Edgcombe, Taylor & Francis, 1993; insbesondere Chapter 5 von B. Piosczyk). Bei vorgegebenen Geschwindigkeitsverhältnis α und Magnetfeld im Resonator 11 und einem wählbaren (Triode) oder festgelegten (Diode) Kompressionsverhältnis (Verhältnis der Hohlstrahlradien) liegt auch das axiale Magnetfeld am Emitter 9 fest. Bei auf helixförmigen Bahnen propagierenden Elektronen wird das Verhältnis von transversaler zu axialer Geschwindigkeitskomponente α = v┴ /v∥ durch die Gleichung v┴ 2/B = const festgelegt. Erreicht die transversale Geschwindigkeit die Gesamtgeschwindigkeit, so wird der Elektronenstrahl reflektiert (magnetischer Spiegel).
Das statische Magnetfeld dient nicht nur zur Führung des Elektronenstrahls, sondern legt gemäß der Gleichung ωc = e*B/m die Zyklotronfrequenz der Elektronen im Resonator 11 fest. m ist die relativistische Masse der Elektronen mit der Elementarladung e, B ist die magnetische Flußdichte. Die vom Gyrotron erzeugte Frequenz ω liegt bei ω = n*ωc n ist ganzzahling und wird als Ordnung der Zyklotronharmonischen bezeichnet. Bei Gyrotrons, die Mikrowellenleistung bei 30 GHz erzeugen, beträgt das erforderliche Magnetfeld in der ersten Harmonischen etwa 1,1 T in der zweiten Harmonischen etwa 0,55 T. Das längs Gyrotronachse (8) angestrebte Feld ist in Fig. 2 zu sehen.
Eine Erzeugung des Magnetfeldes mit Supraleitern erfordert einen hohen apparativen Aufwand und im Betrieb einen ständigen Helium oder Stickstoffbedarf. Eine Erzeugung des Magnetfeldes mit normalleitenden Magneten erfordert hohe Anschluß- und Kühlleistungen. Der Energieverbrauch der Magnete ist gegenüber der erzeugten Leistung nicht zu vernachlässigen.
Eine Erzeugung des Magnetfeldes mit Permanentmagneten brachte bei den bisher untersuchten Anordnungen grundsätzliche Probleme mit sich. Diese Anordnungen bestehen im Prinzip aus einem mittleren, axial polarisierten und zwei radial polarisierten Magneten (siehe Fig. 10 aus Kuftin, Int. J. of Infrared and Millimeter Waves). Die Nachteile solcher Systeme sind Nulldurchgänge auf der Achse und ungenutzte Felder (schlechter Wirkungsgrad), sowie steile Abfälle an den Rändern. Die steilen Abfälle an den Rändern haben für die Emitterseite den Nachteil, daß die Justage Gyrotron - Magnet kritisch und die effektive Emitterbreite eingeschränkt wird. Der Nulldurchgang hat zur Folge, daß bei zunehmend negativen Magnetfeld längs der Achse der Elektronenstrahl reflektiert werden kann (magnetischer Spiegel). Die Auslegung des Kollektors wird dadurch erschwert. Der Einsatz vorgespannter Kollektoren zur Energierückgewinnung wird praktisch unmöglich.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades sind jedoch vorgespannte Kollektoren notwendig. Das Verhältnis der den Elektronen abgenommenen Energie zur ursprünglichen Energie ist der elektrische Wirkungsgrad ηei. Der Gesamtwirkungsgrad läßt sich nun dadurch steigern, daß man den Strahl auf einem vorgespannnten Kollektor auftreffen läßt, wodurch ein Teil der Energie des verbrauchten Strahls mit dem Wirkungsgrad ηc zurückgewonnen wird. Der Gesamtwirkungsgrad eines Gyrotrons mit vorgespanntem Kollektor ist: η = ηel/[1 - ηc (1 - ηel)] Der Einsatz vorgespannter Kollektoren wird durch eine Vorzeichenumkehr des axialen magnetischen Führungsfeldes längs des Elektronenstrahlweges praktisch unmöglich oder drastisch erschwert.
An der Kathodenseite soll - um auch laminare Kathoden verwenden zu können und Justageprobleme gering zu halten - im Bereich der Kathode (1) das axiale Magnetfeldes örtlich konstant sein, siehe Figur 2.
Figur 1 zeigt den prinzipiellen schematischen Aufbau eines Gyrotrons. In Kürze läßt sich das Wesentliche über das Gyrotron im Meinke Gundlach, "Taschenbuch der HF-Technik, M 82 ff., nachlesen.
Figur 2 zeigt, wie schon erwähnt, den Verlauf des gewünschten, axialen magnetischen Gleichfelds in den Gyrotronbereichen: Emitter (9), Kompressionsbereich (10), Resonator (11), Dekompressionsbereich (12) und Kollektor (13). Der wellige Verlauf der magnetischen Flußdichte ist je nach Auslegung mehr oder weniger provoziert (siehe DE 42 36 149 A1), und zwar durch die Struktur der inneren Mantelfläche an den Permanentmagneten (15, 14, 15). Die Feldstärke in Emittergebiet ist etwa 5 - 25 % des axialen Gleichfeldes im Resonatorbereich.
Figur 3a zeigt eine symmetrische Anordnung des Permanentmagnetsystems 7. Es ist daher nur die rechte Hälfte als Rechnerausdruck dargestellt, da sie ja den für das Gyrotron relevante Magnetfeldlinienverlauf zeigt. Der radial polarisierte mittlere Magnet 14, besser die gezeichnete axiale Hälfte ist über Halterungen, die nicht eingezeichnet sind, mit dem rechten, axial polarisierten Magnet (15), über die gemeinsame Konusflächen in Berührung. In Gyrotronbereich findet kein oder nur ein leicht kompensierbarer Nulldurchgang der Feldlinien statt. Der gesamte Fluß verläuft rotationssymmetrisch zur z-Achse.
Den Verlauf des Gleichfeldes in Abhängigkeit von der z-Achse, also teilweise der Gyrotronachse 8, zeigt Fig. 3b. Dieser Flußdichteverlauf ist punktsymmetrisch zum Achsursprung und hat auch dort nur einen Nulldurchgang (Staupunkt), also Feldumkehr. Somit sind die in Fig. 3a gezeichnete radial polarisierte Permanentmagnethälfte und der sich rechts davon anschließende axial polarisierte Permanentmagnet (15) grundsätzlich geeignet ein magnetisches Gleichfeld ohne Nulldurchgang im Gyrotronbereich zu erzeugen. Es fehlt nur noch das schwächere Gleichfeld für den Emitterbereich. Die nicht angedeutet linke Hälfte dient im wesentlichen dazu, den Ausbruch des Feldes zu verhindern.
Das Permanentmagnetsystem (7) in Figur 4a kommt den Forderungen des Gleichfeldverlaufs im Gyrotron näher, mit ihm wird insbesondere Magnetmaterial eingespart. Es besteht aus dem zentralen, radial polarisierten, ringförmigen Permanentmagneten (14). Rechts (kollektorseitig) in der Figur schließt sich der axial polarisierte, ringförmige Permanentmagnet (15) an. Links schließt sich die den Ausbruch des Feldes blockierende Magnetanordnung an. Diese geometrische Gestalt der ermöglicht die geforderte Feldstruktur im Gyrotronbereich. Das niedrige Gleichfeld in der Emitterzone wird durch die Überlagerung des kleinen ringfömrigen, axial polarisierten Permanentmagneten mit rechteckigem Längsschnitt vollends erreicht.
Den Verlauf nach Stärke und Vorzeichen, abhängig vom Ort, zeigt Figur 4b. Weit hinter den Emitter 9, also links, gibt es die starke, konzentrierte, unvermeidliche Feldumkehr. Die Gyrotronbereiche Emitter (9), Kompressionsbereich (10), Resonator (11), Dekompressionsbereich (12) und Kollektor (13) sind angedeutet. Jetzt besteht das magnetische Gleichfeld im Emitterbereich, das hohe Gleichfeld im Resonator (11) und das auf nahezu Null zurückgehende Gleichfeld im Kollektorgebiet (13).
Das Feld wird also vollständiger durch das Bohrloch des Magnetsystems gezwungen. Eine Vorzeichenumkehr des axialen Magnetfeldes findet im Gyrotronbereich nicht oder nur von unbedeutender Stärke statt und darüber hinaus nur einmal. Damit kann der Elektronenstrahl vom Emitter (9) bis zum Kollektor (13) stabil geführt werden.
Das Feld wird also vollständiger durch das Bohrloch des Magnetsystems gezwungen. Eine Vorzeichenumkehr des axialen Magnetfeldes findet im Gyrotronbereich nicht oder nur von unbedeutender Stärke statt und darüber hinaus nur einmal. Damit kann der Elektronenstrahl vom Emitter bis zum Kollektor stabil geführt werden.
Durch Feinstrukturierung an der inneren Mantelfläche (Anspruch 4) wird in der Resonatormitte ein konstantes oder ein vorgegeben welliges Magnetfeld erzeugt. Räumlich (örtlich) konstante Felder lassen sich im Bereich des Emitters (9) (siehe Fig. 4a) und im Bereich des Kollektors (13) durch zusätzlich axial polarisierte Magnete erreichen. Nulldurchgänge schwacher Felder können so unterdrückt werden.
Durch Kombination mit schwachen Elektromagneten läßt sich ein Nachregeln des Magnetfelds erzielen oder auch eine weitere Materialersparnis erreichen. Eine weitere Möglichkeit zum Durchstimmen sind radial und/oder axial verschiebbare Magnete.
Bezugszeichenliste
1
Kathode
3
Beschleunisungsanode
5
Auskoppelleitung
7
Permanentmagnetsystem
8
Gyrotronachse
9
Emitter
10
Kompressionsbereich
11
Resonator
12
Dekompressionsbereich
13
Kollektor
14
Zentraler Ringmagnet
15
Axial polarisierter Ringmagnet
16
Feldlinien
17
Vakuumgefäß

Claims (7)

  1. Magnetsystem für Gyrotrons, das aus einem permanentmagnetsystem (7) besteht, zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfelds, mit dem die vom Emitter (9) austretenden Elektronen geführt werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich das Permanentmagnetsystem (7) aus einem zentralen, radial polarisierten Ringmagneten (14), einem an dessen Stirnfläche Richtung Kollektor (13) ansetzenden, axial polarisierten Ringmagneten (15) und einer an der anderen Stirnfläche ansetzenden Ringmagnetanordnung besteht, wobei letztere ein den Ausbruch des Magnetfeldes blockierendes Teilsystem ist,
    die Teilmagnete des Permanentsystems (7) an ihren einander gegenüberliegenden Flächen unmittelbar berühren,
    durch die Geometrie der Ringmagnete (15, 14, 15) und ihre gegenseitige mechanische Verspannung im Bereich des Resonators (11) ein konstantes oder vorgebbar welliges Magnetfeld erzeugt wird und bis in den Kollektor- (13) und Emmitterbereich hinein keine oder allenfalls eine leicht kompensierbare axiale Magnetfeldumkehr eintritt,
    die Feldumkehr des axialen magnetischen Gleichfelds in Verlängerung des Emitterbereichs außerhalb des Bereichs der Elektronenflugbahnen stattfindet.
  2. Magnetsystem zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfelds für Gyrotrons nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Permanentmagnetsystem (7) symmetrisch zu einer Achse senkrecht zur Systemachse ist.
  3. Magnetsystem zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfelds für Gyrotrons nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Permanentmagnetsystem (7) assymmetrisch aufgebaut ist und im verlängerten Emitterbereich, außerhalb der Elektronenstrahlentstehung eine starke Magnetfeldumkehr erzeugt.
  4. Magnetsystem zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfelds für Gyrotrons nach Anspruch 2 und 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der zum Kollektor (13) hin liegende, axial polarisierte Ringmagnet (15) eine strukturierte Innenmantelfläche hat, wodurch der magnetische Gleichfeldverlauf im Resonatorbereich eine vorgegebene Feinstruktur erhält.
  5. Magnetsystem zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfelds für Gyrotrons nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich im Bereich des Emitters (9) ein axial polarisierter, ringförmiger Permanentmagnet befindet, mit dem durch Überlagerung das im Emitterbereich schwächere, aber örtlich konstante Gleichmagnetfeld erzielt wird.
  6. Magnetsystem zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfelds für Gyrotrons nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Korrektur der axialen Magnetfeldstärke mindestens ein strombetriebenes Solenoid mit dem Permanentmagnetsystem (7) kombiniert wird.
  7. Magnetsystem zur Erzeugung des axialen magnetischen Gleichfelds für Gyrotrons nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Korrektur des axialen Magnetfeldverlaufs und zur Flußführung im Gyrotronbereich Weicheisenkonfigurationen mit dem Permanentmagnetsystem (7) verspannt sind.
EP95924292A 1994-07-09 1995-06-20 Magnetsystem für gyrotrons Expired - Lifetime EP0770264B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4424230 1994-07-09
DE4424230A DE4424230C2 (de) 1994-07-09 1994-07-09 Magnetsystem für Gyrotrons
PCT/EP1995/002381 WO1996002064A1 (de) 1994-07-09 1995-06-20 Magnetsystem für gyrotrons

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0770264A1 EP0770264A1 (de) 1997-05-02
EP0770264B1 true EP0770264B1 (de) 1998-06-10

Family

ID=6522737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP95924292A Expired - Lifetime EP0770264B1 (de) 1994-07-09 1995-06-20 Magnetsystem für gyrotrons

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5828173A (de)
EP (1) EP0770264B1 (de)
DE (2) DE4424230C2 (de)
WO (1) WO1996002064A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3275166B2 (ja) * 1997-02-28 2002-04-15 住友重機械工業株式会社 プラズマビームの偏り修正機構を備えた真空成膜装置
US6552490B1 (en) * 2000-05-18 2003-04-22 Communications And Power Industries Multiple stage depressed collector (MSDC) klystron based amplifier for ground based satellite and terrestrial communications
US7764020B2 (en) * 2006-07-20 2010-07-27 Barnett Larry R Electro-permanent magnet for power microwave tubes
RU206633U1 (ru) * 2020-01-28 2021-09-20 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Магнитная фокусирующая система

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL133615C (de) * 1962-10-04
US3450930A (en) * 1966-11-14 1969-06-17 Varian Associates Permanent magnet focused linear beam tube employing a compensating magnet structure between the main magnet and the beam collector
DE1959789C3 (de) * 1969-11-28 1978-11-23 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Dauermagnetsystem
US4395655A (en) * 1980-10-20 1983-07-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army High power gyrotron (OSC) or gyrotron type amplifier using light weight focusing for millimeter wave tubes
US4395656A (en) * 1980-12-24 1983-07-26 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Gyrotron transmitting tube
US4605911A (en) * 1984-10-24 1986-08-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Magnetic bias and delay linearity in a magnetostatic wave delay line
DE4236149C2 (de) * 1992-10-27 1995-11-02 Karlsruhe Forschzent Gyrotron mit einer Einrichtung zur Erhöhung des Wirkungsgrads
US5576679A (en) * 1994-10-25 1996-11-19 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Cylindrical permanent magnet unit suitable for gyrotron

Also Published As

Publication number Publication date
DE4424230C2 (de) 1996-08-14
DE4424230A1 (de) 1996-01-18
DE59502526D1 (de) 1998-07-16
WO1996002064A1 (de) 1996-01-25
US5828173A (en) 1998-10-27
EP0770264A1 (de) 1997-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE916328C (de) Wanderfeldroehre
DE966270C (de) Elektronenentladungseinrichtung zur Erzeugung von ultrahochfrequenten Schwingungen
EP2540143B1 (de) Beschleuniger für geladene teilchen
DE2757079A1 (de) Linearbeschleuniger
DE68918295T4 (de) Elektronenkollektor für eine Elektronenröhre.
EP0770264B1 (de) Magnetsystem für gyrotrons
DE1123773B (de) Magnetisches Fokussierungssystem zur gebuendelten Fuehrung des Elektronenstrahls einer Laufzeitroehre
DE2914533C3 (de) Rückwärtswellen-Oszillatorröhre
DE2901554A1 (de) Permanentmagnetanordnung, damit aufgebauter offener permanentmagnetkreis und mit diesem ausgestattete kreuzfeld-wechselwirkungs-einrichtung
DE3050257C1 (de) Alternierendes periodisches magnetisches Fokussiersystem
DE3134582A1 (de) Querenergieausgleicher fuer gyrotrone
DE3525275A1 (de) Mikrowellenroehre
DE69204866T2 (de) Modenwandler und Leistungsteiler-Einrichtung für eine Mikrowellenröhre, und Mikrowellenröhre mit einer solchen Einrichtung.
DE69111647T2 (de) Lasersystem mit mehreren radialen Entladungskanälen.
DE69326110T2 (de) Klystron mit hohlraumresonatorendstufe, die in tmoix-betriebsart (x 0) arbeitet
DE69021290T2 (de) Mikrowellen-verstärker oder oszillator-anordnung.
DE69016712T2 (de) Mikrowellengenerator mit einer virtuellen kathode.
DE3919210A1 (de) Hochfrequenzionenbeschleuniger mit variabler energie
DE2513975A1 (de) Wechselstrom-energie-konverter
DE2427060B2 (de) Wechselstrom-energie-konverter
DE705879C (de) Elektrisches Entladungsgefaess zur Vielfachbeschleunigung von Ladungstraegern
DE666136C (de) Verfahren zum Betrieb einer Roehre mit Laufzeitschwingungen
DE3813460A1 (de) Elektronenstrahlwiggler mit kurzer periode
DE761408C (de) Schaltungsanordnung zur Erzeugung ultrahochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen mittels einer Magnetfeldroehre
DE3689201T2 (de) Laser-Vorrichtung und Verfahren.

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19961016

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CH DE FR GB LI SE

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

17Q First examination report despatched

Effective date: 19971002

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAG Despatch of communication of intention to grant

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS AGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): CH DE FR GB LI SE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: NV

Representative=s name: ROTTMANN, ZIMMERMANN + PARTNER AG

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

ET Fr: translation filed
REF Corresponds to:

Ref document number: 59502526

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19980716

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 19980910

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19980907

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20000629

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20001020

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20010501

Year of fee payment: 7

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 20010530

Year of fee payment: 7

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: IF02

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20020228

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20020403

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20020620

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20020630

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20020630

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20020620

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL