EP1362358B1 - kOLLEKTOR MIT EINER KOLLEKTORWAND UND EINER KOLLEKTORSPULENGRUPPE FÜR EIN GYROTRON - Google Patents

kOLLEKTOR MIT EINER KOLLEKTORWAND UND EINER KOLLEKTORSPULENGRUPPE FÜR EIN GYROTRON Download PDF

Info

Publication number
EP1362358B1
EP1362358B1 EP02708289A EP02708289A EP1362358B1 EP 1362358 B1 EP1362358 B1 EP 1362358B1 EP 02708289 A EP02708289 A EP 02708289A EP 02708289 A EP02708289 A EP 02708289A EP 1362358 B1 EP1362358 B1 EP 1362358B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
collector
wall
rotation
recess
symmetric
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
EP02708289A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1362358A1 (de
Inventor
Bernhard Piosczyk
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.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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 EP1362358A1 publication Critical patent/EP1362358A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1362358B1 publication Critical patent/EP1362358B1/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
    • H01J25/00—Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/02—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
    • H01J25/025—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
    • 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
    • H01J23/027—Collectors

Definitions

  • the invention relates to a collector with a collector wall and a collector coil group for a gyrotron.
  • the coil group is to the axis of Gyrotrons mounted coaxially in the collector area. With her will in the region of the collector a rotationally symmetrical to the axis Magnetic field of localized strength, or with a given generated axial field strength course, with the impact area on the inner wall of the collector of the gyrotron produced Electron hollow beam set in a predetermined range can be.
  • the remaining energy of the electron beam is on the Wall of the collector dissipates.
  • the trajectories of the electron beam are due to the course of magnetic flux surfaces essentially determined.
  • the main problems of a collector in A high performance gyrotron consist in the distribution of Beam power along the collector surface.
  • the impact area of the hollow electron beam on the inner wall of the collector Moved back and forth over an axial range, also called wobble. This is so far by the in cylindrical, coaxial generated outside around the collector mounted collector coils, to the axis rotationally symmetric magnetic field causes. To do this the corresponding collector coils with a and / or AC energized.
  • the sweep or pulsation frequency is in existing gyrotron systems by the skin effect to typically about 10 Hz limited, depending on the thickness of the collector wall.
  • the Wall thickness is in high performance gyrotrons because of the high power densities typically 10 mm. Because of the large diameter the collector of such a gyrotron - about 400 mm and more - reach the collector partially enveloping the collector coils considerable dimensions.
  • the coil group of this collector consists of at least one solenoidalen coil, to the axis in the collector region coaxially mounted. With this coil group can be used to form a rotationally symmetric electron beam necessary, rotationally symmetric Magnetic field course can be adjusted along the axis.
  • the task is achieved by the coaxial installation of a collector coil group from at least one cylindrical coil in the collector according to the characterizing features of claim 1 of Structure solved.
  • the collector wall has the final one Front side a hollow cylindrical to the axis coaxial Dent, in which the collector coil group, on a cylindrical coil winding body sitting, inserted and centered is anchored.
  • the magnetic field generating coils whose Dimensioning and position on the axis calculated is axially behind one another and / or radially one above the other.
  • the coils are energized and generate in their Entity a resulting, rotationally symmetric to the axis Magnetic field with predetermined axial course of the magnetic field strength, so that the rotationally symmetrical hollow electron beam at this indentation at least with their free-standing Start area passed collision-free and in a intended impingement on the collector inner wall becomes.
  • the hollow cylindrical Indentation in which the collector coil group is sunk can be included in an external cooling circuit.
  • the hollow cylindrical coil winding body passes at least a concentric tube. The only or the outer of several at least touched the bottom of the indentation. Because of this outer pipe and the wall of the indentation can be at the collector coil group past at radial passages at the end of winding-free bobbin at the bottom of the indentation and / or at Passages through the bobbin itself a flow channel for a coolant can be set up when the outer pipe and the Wall of the indentation connected to the external cooling circuit become.
  • the rotationally symmetric Impact area on the inner wall of the collector kept deliberately large, so that the impinging electron density and the resulting specific burden on Collector wall remains at least tolerable or technically is still acceptable.
  • This is basically done by that the coils are energized only with direct current and thereby a temporally constant, spatially non-adiabatic magnetic field is generated with predetermined axial field strength, because Electron hollow beam on the one hand rotationally symmetrical shapes and the impact area of the electron expands, causing the impinging Electron density and thus the power density in the impact area on the inner wall of the collector on at least the technically tolerable level is limited.
  • impact area come at most the outer shell wall, the front wall and the Surface of the indentation of the collector into consideration. In this Gleichstromerregten case needs the wall thickness of the indentation not be thin, because the magnetic field does not pulse in time and so that no skin effect occurs.
  • a time-pulsating magnetic field is used for periodically reciprocating the position of the impact area on the inner wall of the collector.
  • one or more coils of the coil group are energized in addition to the respective alternating current with a respective predetermined direct current in order to set a required rotationally symmetrical shaping of the electron hollow beam.
  • the hollow electron beam with its impressed radial extent when passing through the pulsating magnetic field in the collector region, pulses in time with the AC frequency in such a way that its annular coaxial impact area at most between two axial positions on the shell wall of the collector or between two radial positions on the end wall, wherein both radial positions always have a larger radius than that of the recess, or between a position on the shell wall of the collector and a radial position outside the recess on the front of the collector migrates back and forth in the rhythm of the AC frequency.
  • the design is not limited to single-stage preload. It can also be similar for non-preloaded as well as for multi-level, for example, two-stage biased collectors be performed.
  • the contour dimensions of the coaxial collector are here, for example: largest clear width 520 mm, length 1360 mm.
  • the hollow cylindrical recess of the local collector wall which, as elsewhere, is preferably made of copper is, other, technically suitable materials are not excluded, there but in contrast to the outer wall with here 10 mm has only 3 mm wall thickness, because there is no load through the Electron hollow beam occurs.
  • This indentation is on the Welded front wall of the collector or soldered hard. For pure experimenting can be useful if the Indentation with a flange on the front wall also vacuum-tight can be screwed.
  • the collector coil group wound on a bobbin, pushed in and on the ground and centered on the collector front wall.
  • the coil group exists here four solenoids, a first with a thick wrap, the Resonator output closest. At this closes another internal solenoid with a weaker winding than the former to the front wall, on a bobbin sits with a greater width.
  • This second solenoids pushed two more solenoids, each with a thinner winding, partially encasing the second solenoids and themselves overlap yourself.
  • the first solenoid is provided to wobble during operation Electron beam so pendulum impact area on the collector, with a direct current and added alternating current energized become.
  • the three other solenoids are here only with alternating current be excited.
  • the exciter currents are an example in the listed below. Depending on the design and the amount of field strength along the axis may be different Coil dimensions and excitation currents necessary.
  • the collector coil group is via a flange on the end wall screwed on the collector and at the bottom of the indentation centered over a Flanscheinbau.
  • the Flanscheinbau has radial Holes, so that a cooling circuit can be set up, in which the coolant, the inner wall of the recess and the Coil group touched surface.
  • the example coil parameters are summarized below in the table for this design.
  • the details are geometric dimensions of the partial coils.
  • the axial displacement of the impact area of the electron beam and the expansion and contraction is effected by applying an alternating current to the coils.
  • the coil at the bottom of the indentation (COL4 in the table) is additionally excited with a direct current of 100 A / cm 2 .
  • the total power for the collector coils is about 1.5 kW, assuming a fill factor of 0.5 for the windings.
  • With the wall thickness of 3 mm a pulsation up to about 50 Hz is possible.
  • the skin penetration depth of 9.28 mm at 50 Hz is reflected by an attenuation of the magnetic field collector space by 28%.

Landscapes

  • Microwave Tubes (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Kollektor mit einer Kollektorwand und einer Kollektorspulengruppe für eine Gyrotron. Die Spulengruppe ist zur Achse des Gyrotrons im Kollektorbereich koaxial angebracht. Mit ihr wird im Bereich des Kollektors ein zur Achse rotationssymmetrisches Magnetfeld örtlich vorgegebener Stärke, bzw. mit einem vorgegebenen axialen Feldstärkeverlauf erzeugt, mit dem das Auftreffgebiet an der Innenwand des Kollektors des im Gyrotron erzeugten Elektronenhohlstrahls in einem vorgegebenen Bereich eingestellt werden kann.
Die verbleibende Energie des Elektronenhohlstrahls wird auf der Wand des Kollektors dissipiert. Die Trajektorien des Elektronenhohlstrahls werden durch den Verlauf der magnetischen Flussflächen wesentlich bestimmt. Die Hauptprobleme eines Kollektors in einem Hochleistungsgyrotron bestehen in der Verteilung der Strahlleistung entlang der Kollektoroberfläche.
Um die Leistungsdichte an der Kollektorwand im zeitlichen Mittel zu reduzieren, wird bei Gyrotrons, insbesondere Hochleistungsgyrotrons, wie beispielsweise für die Aufheizung magnetisch eingeschlossener Plasmen für die Kernfusion notwendig, das Auftreffgebiet des Elektronenhohlstrahls an der Innenwand des Kollektors über einen axialen Bereich hin und her bewegt, auch Wobbeln genannt. Dies wird bisher durch das in zylindrischen, koaxial außen um den Kollektor angebrachten Kollektorspulen erzeugte, zur Achse rotationssymmetrische Magnetfeld bewirkt. Hierzu werden die entsprechenden Kollektorspulen mit einem Gleich- und/oder Wechselstrom erregt.
Die Wobbel- oder Pulsationsfrequenz ist in existierenden Gyrotronsystemen durch den Skineffekt auf typischerweise etwa 10 Hz begrenzt, und zwar abhängig von der Dicke der Kollektorwand. Die Wandstärke ist wegen der hohen Leistungsdichten in Hochleistungsgyrotrons typischerweise 10 mm. Wegen des großen Durchmessers des Kollektor eines solchen Gyrotrons - etwa 400 mm und mehr - erreichen die den Kollektor teilweise ummantelnden Kollektorspulen beträchtliche Abmessungen.
Der Artikel von Ling et al: "A New Approach for a multistage depressed Collector for Gyratrons" in IEEE Trans. Plasma Sci., Band 28, Nr. 3, Seiten 606-613, beschreibt einen Kollektor für ein Gyratron mit einer Kollektorwand und einer Kollektorspulengruppe. Die Spulengruppe dieses Kollektors besteht aus mindestens einer solenoidalen Spule, die zu der Achse im Kollektorbereich koaxial angebracht ist. Mit dieser Spulengruppe kann ein zur Formung eines rotationssymmetrischen Elektronenstrahls notwendiger, rotationssymmetrischer Magnetfeldverlauf entlang der Achse eingestellt werden.
Daraus entstand die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, nämlich die Abmessungen des Kollektors eines Hochleistungsgyrotron so klein wie möglich zu halten und die zeitgemittelte Leistungsdichte, die momentane Spitzenleistungsdichte und die resultierende Temperaturschwankung unter vertretbarem technischen Aufwand zu minimieren.
Die Aufgabe wird durch den koaxialen Einbau einer Kollektorspulengruppe aus mindestens einer zylindrischen Spule in den Kollektor gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vom Aufbau her gelöst. Hierzu hat die Kollektorwand von der abschließenden Stirnseite her eine zur Achse koaxiale hohlzylindrische Einbuchtung, in der die Kollektorspulengruppe, auf einem zylindrischen Spulenwickelkörper sitzend, eingeschoben und zentriert verankert ist. Die magnetfelderzeugenden Spulen, deren Dimensionierung und Lage auf der Achse rechnerisch ermittelt ist, sind axial hintereinander und/oder radial übereinander. Mit dem aufgrund der Rechnungen ermittelten, jeweils notwendigen elektrischen Strom werden die Spulen erregt und erzeugen in ihrer Gesamtheit ein resultierendes, zur Achse rotationssymmetrisches Magnetfeld mit vorgegebenem axialen Verlauf der Magnetfeldstärke, so dass der rotationssymmetrische Elektronenhohlstrahl an dieser Einbuchtung zumindest mit an deren frei ragenden Anfangsbereich kollisionsfrei vorbeigeführt und in einen vorgesehenen Auftreffbereich auf der Kollektorinnenwand gelenkt wird.
In Anspruch 2 ist ergänzend beschrieben, wie die hohlzylindrische Einbuchtung, in der die Kollektorspulengruppe versenkt ist, in einen externen Kühlkreislauf einbezogen werden kann. Durch den hohlzylindrischen Spulenwickelkörper hindurch führt mindestens ein konzentrisches Rohr. Das einzige oder das äußere von mehreren zumindest berührt den Boden der Einbuchtung. Durch dieses äußere Rohr und die Wand der Einbuchtung kann an der Kollektorspulengruppe vorbei bei radialen Durchgängen am Ende des wickelfreien Spulenkörpers am Boden der Einbuchtung und/oder bei Durchgängen durch den Spulenkörper selbst ein Strömungskanal für ein Kühlmittel eingerichtet werden, wenn das äußere Rohr und die Wand der Einbuchtung an den externen Kühlkreislauf angeschlossen werden.
In den Ansprüchen 3 und 4 ist je ein Verfahren für die Art der Erregung der Kollektorspulengruppe angegeben:
Mit dem in Anspruch 3 beschriebenen Verfahren wird das rotationssymmetrische Auftreffgebiet auf der Innenwand des Kollektors gezielt groß gehalten, so dass die auftreffende Elektronendichte und die dadurch hervorgerufene spezifische Belastung der Kollektorwand zumindest erträglich beschränkt bleibt bzw. technisch noch akzeptabel ist. Dies geschieht grundsätzlich dadurch, dass die Spulen nur mit Gleichstrom erregt werden und dadurch ein zeitlich konstantes, räumlich nicht adiabatisches Magnetfeld mit vorgegebenen axialen Feldstärke erzeugt wird, das denn Elektronenhohlstrahl einerseits rotationssymmetrisch formt und den Auftreffbereich der Elektronen aufweitet, wodurch die auftreffende Elektronendichte und damit die Leistungsdichte im Auftreffbereich an der Innenwand des Kollektors auf zumindest das technisch erträgliche Maß beschränkt wird. Als Auftreffbereich kommen höchstens die äußere Mantelwand, die Stirnwand und die Oberfläche der Einbuchtung des Kollektors in Betracht. In diesem gleichstromerregten Fall braucht die Wandstärke der Einbuchtung nicht dünn sein, da das Magnetfeld nicht zeitlich pulsiert und damit auch kein Skineffekt auftritt.
In Anspruch 4 wird ein zeitlich pulsierendes Magnetfeld zur periodischen Hin und Herbewegen der Lage des Auftreffgebiets an der Innenwand des Kollektors eingesetzt. Dazu werden eine oder mehrere Spulen der Spulengruppe zusätzlich zum jeweiligen Wechselstrom mit einem jeweils vorgegebenen Gleichstrom erregt, um eine geforderte rotationssymmetrische Formung des Elektronenhohlstrahls einzustellen. Durch die Erregung von mindestens einer Spule der Spulengruppe an entsprechender axialer Position mit einem Wechselstrom wird im vorgesehenen Kollektorbereich ein zeitliches Pulsieren des Magnetfelds erzeugt, das ein Hin und Herbewegen des ringförmigen, rotationssymmetrischen Auftreffgebiets auf der Innenwand des Kollektors zwischen zwei Positionen bewirkt. Und zwar pulsiert der Elektronenhohlstrahl mit seiner eingeprägten radialen Ausdehnung beim Durchlaufen des pulsierenden Magnetfelds im Kollektorbereich im Takt der Wechselstromfrequenz so, dass sein ringförmiges koaxiales Auftreffgebiet höchstens
zwischen zwei axialen Positionen auf der Mantelwand des Kollektors oder
zwischen zwei radialen Positionen auf der Stirnwand, wobei beide radialen Positionen stets einen größeren Radius als den der Einbuchtung haben, oder
zwischen einer Position auf der Mantelwand des Kollektors und einer radialen Position außerhalb der Einbuchtung auf der Stirn des Kollektors
in dem Rhythmus der Wechselstromfrequenz hin und her wandert.
Hieraus ergeben sich verschiedene Vorteile, nämlich:
  • Die geringere Wandstärke der Kapselung der Kollektorspulengruppe lässt wegen des Skineffekts ein Pulsieren des Magnetfeldes mit höherer Frequenz zu. Eine geringere Stärke der Wand kann gewählt werden, weil sie nicht vom primären Elektronenstrahl getroffen wird und daher nur eine geringe thermische Belastung erfährt.
  • Das höherfrequente Pulsieren des durch die Spulengruppe erzeugten Magnetfelds bewirkt entsprechend ein schnelleres Hinundherwandern zwischen zwei Endpositionen des Auftreffgebiets des Elektronenhohlstrahls auf der Innenwand des Kollektors. Damit lässt sich die Amplitude der Oszillationen der Oberflächentemperatur erniedrigen.
  • Die Abmessungen der innen liegenden Spulengruppe ist wesentlich kleiner als die einer entsprechend leistungsfähigen außen liegenden. Daher wird das Gewicht und der Leistungsverbrauch der Kollektorspulengruppe erheblich reduziert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die Zeichnung besteht aus 2 Figuren. Es zeigt:
  • Figur 1 den axialen Schnitt durch den Kollektor des Gyrotrons,
  • Figur 2 die Potentiallinien und Trajektorien des Elektronenhohlstrahls.
    • Als Beispiel wird die Auslegung für einen 2,2 MW, einstufig vorgespannten Kollektor gemäß Figur 1 herangezogen. Die elektrische Isolation des einstufigen Kollektors ist am äußeren Umfang links von der inneren zylindrischen Einbuchtung angenommen. Die beiden Figuren zeigen auch nur den gesamten Kollektorbereich. Die übrigen Baugruppen des Gyrotrons sind nicht angedeutet. Die Elektronenstrahlerzeugung und der Resonator des Gyrotrons würden sich links im Bild vom Anfang des Kollektors an anschließen.
    Die Auslegung ist nicht auf die einstufige Vorspannung beschränkt. Sie kann auch ähnlich für nicht vorgespannte sowie für mehrstufig, beispielsweise zweistufig vorgespannte Kollektoren durchgeführt werden.
    Die Konturmaße des koaxial aufgebauten Kollektors sind hier beispielweise: größte lichte Weite 520 mm, Länge 1360 mm. In das koaxiale Innere des vom Resonator kommenden Elektronenhohlstrahls ragt die hohlzylindrische Einbuchtung der dortigen Kollektorwand, die wie an anderer Stelle auch vorzugsweise aus Kupfer ist, andere, technisch geeignete Materialien sind nicht ausgeschlossen, dort aber im Gegensatz zur Außenwand mit hier 10 mm nur 3 mm Wandstärke hat, da dort ja keine Belastung durch den Elektronenhohlstrahl auftritt. Diese Einbuchtung ist an der Stirnwand des Kollektors angeschweißt oder hart angelötet. Für den reinen Experimentierbetrieb kann es nützlich sein, wenn die Einbuchtung mit einem Flansch versehen an der Stirnwand auch vakuumdichtbar angeschraubt werden kann.
    In das Innere dieser Einbuchtung ist die Kollektorspulengruppe auf einem Spulenkörper gewickelt, eingeschoben und am Boden und an der Kollektorstirnwand zentriert. Die Spulengruppe besteht hier aus vier Solenoiden, einem ersten mit dickem Wickel, dem Resonatorausgang am nächsten liegenden. An diesen schließt sich ein weiteres innen liegendes Solenoid mit schwächerem Wickel als dem ersteren bis an die Stirnwand an, das auf einem Wickelkörper mit größerer lichter Weite sitzt. Über diesen zweiten Solenoiden sind zwei weitere Solenoiden mit jeweils dünnerem Wickel geschoben, die den zweiten Solenoiden teilweise ummanteln und sich selber überlappen.
    Das erste Solenoid ist vorgesehen, bei einem Betrieb wobbelndem Elektronenstrahl also pendelndem Auftreffgebiet auf dem Kollektor, mit einem Gleichstrom und addierten Wechselstrom erregt zu werden. Die drei andern Solenoide sollen hier nur mit Wechselstrom erregt werden. Die Erregerströme sind als Beispiel in der untenstehenden Tabelle aufgeführt. Abhängig von der Auslegung und der Höhe der Feldstärke entlang der Achse sind eventuell andere Spulendimensionen und Erregungsströme notwendig.
    Der Kollektorspulengruppe ist über einen Flansch an der Stirnwand des Kollektors angeschraubt und am Boden der Einbuchtung über einen Flanscheinbau zentriert. Der Flanscheinbau hat radiale Löcher, so dass ein Kühlkreislauf eingerichtet werden kann, bei dem das Kühlmittel die Innenwand der Einbuchtung und die Spulengruppe oberflächig berührt.
    Die Auslegung des koaxialen Magnetsystems wurde derart durchgeführt, dass der wobbelnde Elektronenhohlstrahl einen axialen Auftreffbereich von hier etwa 680 mm hat. In Figur 2 ist der Fall eines einstufig vorgespannten Kollektors mit der abbremsenden Spannung am Eingang des Kollektors dargestellt, und zwar mit Potentiallinien links im Bild und Strahltrajektorien. Die Trajektorien für den Strahl sind für die Positionen der maximale Auslenkungen in der Richtung zum Resonator (schließt sich links im Bild an) und in der entgegengesetzten Richtung eingetragen. Dazwischen wobbelt der Hohlstrahl hin und her. Da die Situation dort rotationssymmetrisch ist, genügt die Halbbilddarstellung des Schnittes durch die dortige Achse, der Rotationsachse, des Gyrotrons im Kollektorbereich. Hier ist das in den Kollektor ragende Außenrohr des gekapselten Kollektorspulensystems nur mehr durch seine Außenkontur angedeutet. Das felderzeugende Magnetsystem ist aus der Figur 1 zu entnehmen.
    Die beispielhaften Spulenparameter sind für diese Auslegung unten in der Tabelle zusammengefasst. Die Angaben sind geometrische Abmessungen der Teilspulen. Die Größen haben folgende Bedeutung: Zm = axiale Mitte einer Spule, Rm = radiale Mitte einer Spule, dz = axiale Länge, dr = radiale Breite, j = mittlere Stromdichte in A/cm2, wobei durch alle Teilspulen ein Wechselstrom j1coll = j2coll = j3coll = j4coll = 200 A/cm2 und mit einem durch Spule COL 4 zusätzlich fließenden Gleichstrom j4dc = 100 A/cm2. Der Koordinatennullpunkt (Zm = 0) ist am Eingang des Kollektors.
    Spule Zm/cm Rm/cm dz/cm dr/cm j/A/cm2
    COL 1 93.0 6.80 88.0 1.8 j1coll
    COL 2 93.0 7.85 68.0 0.3 j2coll
    COL 3 103.0 8.30 60.0 0.6 j3coll
    COL 4 43.0 6.80 12.0 3.6 j4coll + j4dc
    Das axiale Verschieben des Auftreffgebiets des Elektronenhohlstrahls sowie das Aufweiten und Zusammenziehen wird durch das Anlegen eines Wechselstroms an die Spulen bewirkt. Zur Formung des magnetischen Felds im Innern des Kollektors wird die Spule am Boden der Einbuchtung (COL4 in der Tabelle) mit einem Gleichstrom von 100 A/cm2 zusätzlich erregt. Die Gesamtleistung für die Kollektorspulen beträgt etwa 1,5 kW, wenn für die Wicklungen ein Füllfaktor von 0,5 angenommen wird. Bei der Wanddicke von 3 mm ist ein Pulsieren bis etwa 50 Hz möglich. Die Skineindringtiefe von 9,28 mm bei 50 Hz schlägt sich in einer Dämpfung des Magnetfelds Kollektorraum um 28% nieder.
    Die erzielte Verbesserung drückt sich in diesem Fall folgendermaßen aus:
  • Das Maximum der momentanen Leistungsdichte auf der Kollektorwand ist etwa 3,5 kW/cm2 im Fall der niedrigsten Strahlposition.
  • Die zeitgemittelte Verteilung der Belastung entlang der Kollektoroberfläche erreicht bei der niedersten Strahlposition ein Maximum von 530 W/cm2
    • Eine Erhöhung der Wobbelfrequenz des Auftreffgebiets führt zu einer Reduzierung der Amplitude der zeitlichen Variation der Oberflächentemperatur. In dem vorgestellten Beispiel beträgt die maximale Oszillation der Oberflächentemperatur des Kollektors bei der Wobbelfrequenz von 50 Hz etwa 77°C. Das ist eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu 170°C bei einer um den Kollektor liegenden Spulengruppe, die nur mit 10 Hz pulsierend betrieben werden kann.

    Claims (4)

    1. Kollektor mit einer Kollektorwand und einer Kollektorspulengruppe für eine Gyrotron, wobei die Kollektorspulengruppe aus mindestens einer solenoidalen Spule besteht, die zu der Achse im Kollektorbereich koaxial angebracht ist, mit der der zur Formung des rotationssymmetrischen Elektronenhohlstrahls notwendige, mit ihr erzeugte rotationssymmetrische Magnetfeldverlauf entlang der Achse eingestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorwand von der abschließenden Stirnseite her ins Kollektorinnere eine zu der Achse koaxiale hohlzylindrische Einbuchtung hat, in die die Kollektorspulengruppe, auf einem zylindrischen Spulenwickelkörper sitzend, eingeschoben und zentriert ist, und
      die magnetfelderzeugenden Spulen axial hintereinander und/oder radial übereinander gewickelt sind, so dass, mit dem jeweils vorgegebenen elektrischen Strom erregt, ein axialer Verlauf der Magnetfeldstärke über die Länge des Kollektors derart eingestellt werden kann, dass der rotationssymmetrische Elektronenhohlstrahl eingeprägter radialer Ausdehnung in einen vorgesehenen rotationssymmetrischen Auftreffbereich auf der Innenseite der Kollektorwand gelenkt wird.
    2. Kollektor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass durch den hohlzylindrischen Spulenwickelkörper hindurch mindestens ein konzentrisches Rohr ragt und zumindest das äußere den Boden der Einbuchtung fluiddicht berührt, so dass dieses und die Wand der Einbuchtung in einen Kühlmittelkreislauf einbezogen werden kann.
    3. Verfahren zum elektrischen Betreiben des Kollektors nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen der Kollektorspulengruppe jeweils mit einem vorgegebenen Gleichstrom derart erregt werden, dass der rotationssymmetrische Elektronenhohlstrahl eingeprägter radialer Ausdehnung beim Durchlaufen des dadurch erzeugten Magnetfelds im Kollektorraum rotationssymmetrisch geformt wird, und zwar derart, dass sich seine Auftrefffläche auf dem Kollektor höchstens über die äußere Mantelwand, die Stirnwand und die Mantelwand der Einbuchtung erstreckt.
    4. Verfahren zum elektrischen Betreiben des Kollektors nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen der Kollektorspulengruppe mit einem Wechselstrom vorgegebener Amplitude und Frequenz und mit einem Gleichstrom vorgegebener Stromstärke erregt werden, so dass der rotationssymmetrische Elektronenhohlstrahl eingeprägter radialer Ausdehnung beim Durchlaufen des dadurch erzeugten pulsierenden Magnetfelds rotationssymmetrisch derart pulsierend geformt wird, dass sein ringförmiges koaxiales Auftreffgebiet höchstens
      zwischen zwei axialen Positionen auf der äußeren Mantelwand des Kollektors oder
      zwischen zwei radialen Positionen auf der Stirnwand, wobei beide radialen Positionen stets einen größeren Radius als den der Einbuchtung haben, oder
      zwischen einer Position auf der Innenseite der äußeren Mantelwand des Kollektors und einer radialen Position außerhalb der Einbuchtung auf der Stirn des Kollektors
      im Rhythmus der Wechselstromfrequenz hin und her wandert.
    EP02708289A 2001-02-07 2002-01-16 kOLLEKTOR MIT EINER KOLLEKTORWAND UND EINER KOLLEKTORSPULENGRUPPE FÜR EIN GYROTRON Expired - Lifetime EP1362358B1 (de)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE2001105441 DE10105441C1 (de) 2001-02-07 2001-02-07 Kollektorwand und Kollektorspulengruppe eines Gyrotrons
    DE10105441 2001-02-07
    PCT/EP2002/000363 WO2002063652A1 (de) 2001-02-07 2002-01-16 Kollektorwand und kollektorspulengruppe eines gyrotrons

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1362358A1 EP1362358A1 (de) 2003-11-19
    EP1362358B1 true EP1362358B1 (de) 2005-08-17

    Family

    ID=7673098

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP02708289A Expired - Lifetime EP1362358B1 (de) 2001-02-07 2002-01-16 kOLLEKTOR MIT EINER KOLLEKTORWAND UND EINER KOLLEKTORSPULENGRUPPE FÜR EIN GYROTRON

    Country Status (3)

    Country Link
    EP (1) EP1362358B1 (de)
    DE (1) DE10105441C1 (de)
    WO (1) WO2002063652A1 (de)

    Family Cites Families (2)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    JPH09245656A (ja) * 1996-03-06 1997-09-19 Toshiba Corp マイクロ波管装置
    US5780970A (en) * 1996-10-28 1998-07-14 University Of Maryland Multi-stage depressed collector for small orbit gyrotrons

    Also Published As

    Publication number Publication date
    WO2002063652A1 (de) 2002-08-15
    DE10105441C1 (de) 2002-11-21
    EP1362358A1 (de) 2003-11-19

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    DE69023602T2 (de) Synchrotronstrahlungsgerät.
    Gusev et al. Globus-M spherical tokamak
    EP0037051B1 (de) Linearbeschleuniger für geladene Teilchen
    DE3689346T3 (de) Magnetische Abschirmungen.
    DE3148100A1 (de) "synchrotron-roentgenstrahlungsquelle"
    DE19947539B4 (de) Gradientenspulenanordnung mit Dämpfung innerer mechanischer Schwingungen
    DE19903872A1 (de) Röntgenröhre mit Springfokus zur vergrößerten Auflösung
    DE477498C (de) Anordnung zur Erzeugung von verhaeltnismaessig harten Roentgenstrahlen ohne Verwendung hoher Spannungen
    DE102014219016B4 (de) Verfahren zum Steuern eines Stehwellenbeschleunigers
    DE2112215B2 (de) Neutronengenerator
    DE10326135B4 (de) Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage
    DE19510870C2 (de) Gyrotronsystem
    DE4008119C2 (de) Verfahren zum Steuern eines Elektromagneten für eine Magnetron-Katodenzerstäubungsquelle
    DE846754C (de) Verfahren und Einrichtung zur Beschleunigung von geladenen Teilchen, insbesondere Elektronen
    EP1362358B1 (de) kOLLEKTOR MIT EINER KOLLEKTORWAND UND EINER KOLLEKTORSPULENGRUPPE FÜR EIN GYROTRON
    DE1273713B (de) Vorrichtung zum immateriellen Einschliessen eines Hochtemperaturplasmas
    DE68911940T2 (de) Bildwiedergabeanordnung mit einem Ausgleichsspulenbestückten, magnetisierbaren Kernmittel.
    WO2007144058A1 (de) Modularer linearbeschleuniger
    CH284921A (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen.
    DE102004012743A1 (de) Magnetanordnung für Trag-, Führ- und/oder Bremssysteme bei Magnetschwebefahrzeugen
    WO2014111274A1 (de) Pulsgenerator und verfahren zum betreiben eines pulsgenerators
    DE68918298T2 (de) Antibiotikum-Derivat.
    DE3343747A1 (de) Gyrotron-oszillator
    EP0758480A1 (de) Verfahren zur strahlenvernetzung von stranggütern
    EP0770264B1 (de) Magnetsystem für gyrotrons

    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: 20030606

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A1

    Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

    AX Request for extension of the european patent

    Extension state: AL LT LV MK RO SI

    GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

    RTI1 Title (correction)

    Free format text: COLLECTOR WITH A COLLECTOR WALL AND A COLLECTOR COIL GROUP FOR A GYROTRON

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: 8566

    GRAS Grant fee paid

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    RBV Designated contracting states (corrected)

    Designated state(s): FR

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: B1

    Designated state(s): FR

    ET Fr: translation filed
    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

    Effective date: 20060518

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

    Ref country code: FR

    Payment date: 20090120

    Year of fee payment: 8

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: ST

    Effective date: 20100930

    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: 20100201