RU13936U1 - RELATIVISTIC MAGNETRON - Google Patents

RELATIVISTIC MAGNETRON Download PDF

Info

Publication number
RU13936U1
RU13936U1 RU99124740/20U RU99124740U RU13936U1 RU 13936 U1 RU13936 U1 RU 13936U1 RU 99124740/20 U RU99124740/20 U RU 99124740/20U RU 99124740 U RU99124740 U RU 99124740U RU 13936 U1 RU13936 U1 RU 13936U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
magnetron
drift tube
radius
anode block
Prior art date
Application number
RU99124740/20U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.И. Винтизенко
Original Assignee
НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете
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 НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете filed Critical НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете
Priority to RU99124740/20U priority Critical patent/RU13936U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU13936U1 publication Critical patent/RU13936U1/en

Links

Abstract

Релятивистский магнетрон, содержащий заземленный многорезонаторный анодный блок, трубу дрейфа, аксиально расположенный им катод, соединенный посредством катододержателя с отрицательным выводом источника питания и магнитную систему, отличающийся тем, что длина катода составляет L=(1,4-2)L, где L- длина многорезонаторного анодного блока, свободный торец катода расположен в области трубы дрейфа с радиусом округления торца, равным радиусу катода.A relativistic magnetron containing a grounded multi-cavity anode block, a drift tube, an axially arranged cathode connected by a cathode holder with a negative output of a power source and a magnetic system, characterized in that the cathode length is L = (1.4-2) L, where L- the length of the multi-cavity anode block, the free end of the cathode is located in the region of the drift tube with a radius of rounding of the end equal to the radius of the cathode.

Description

Релятивистский магнетронRelativistic magnetron

Изобретение относится к области релятивистской Бысокочастотной электроники и может быть использовано для генерации мощного СВЧ излучения Практическое использование СВЧ излучения предъявляет требования достижения максимальной мощности за счет высокой эффективности преобразования энергии электронного пучка в энергию СВЧ колебаний.The invention relates to the field of relativistic high-frequency electronics and can be used to generate powerful microwave radiation. The practical use of microwave radiation imposes requirements for achieving maximum power due to the high efficiency of converting the energy of the electron beam into microwave energy.

Известно устройство - релятивистский магнетрон, состоящий из многорезонаторного анодного блока, цилиндрической трубы дрейфа, аксиально расположенного им катода, связанного посредством катододержателя с отрицательным выводом источника питания и магнитной системы Диденко А.Н. и др. Исследование генерации мощных сверхвысокочастотных колебаний с помощью релятивистского магнетрона. // Письма в ЖТФ, 1978, т.4, jNb 3, с. 10-13.A device is known - a relativistic magnetron, consisting of a multiresonator anode block, a cylindrical drift tube, an axially arranged cathode connected by a cathode holder with a negative terminal of a power source and a magnetic system A. Didenko et al. Investigation of the generation of powerful microwave frequencies using a relativistic magnetron. // Letters to the ZhTF, 1978, v. 4, jNb 3, p. 10-13.

В качестве источника питания релятивистского магнетрона может использоваться сильноточный электронный ускоритель Винтизенко И.И. и др. Экспериментальные исследования разнорезонаторного сильноточного электрона. //Письма в ЖТФ. 1983. т.9, jVs 8, с.482-485. или линейный индукционный ускоритель Васильев В В , Винти.енко И.И. и др. Релятивистский магнетрон., работающий в режиме цуга импульсов Пись.ма в ЖТФ, 1987, т. 13, Х 12, с.762-765. В данных конструкциях анодный блок и трчоа заземлены, а на катод подается импульс отрицательной полярности д.игге.-и-. 50200 НС, амплитудой 300-1000 кВ. В скрещенных элек-трическом радиальном iio.ic ме-лсду катодом и анодом и магнитном поле, создаваемом магнитной системой, хюктроиы эмитированные под действием взрывной электронной эмиссии осуществляют ;:нпжен11е в двух направлениях. Как в классическом магнетроне электроны вращаясь азимутально в «спицах, отдавая свою энергию в энергию СВЧ излучения, осуществляют р; Л альный дрейф к аноду. В осевом направлении устройства движутся электроны ropueiioix) тока, эмитированные торцом катода. Этот ток образован действием скрещенных электрического краевого радиального поля и продольного магнитного поля. )лсктроиы торцевого тока оседают на поверхность трубы дрейфа в области спадающс) м:;гнит1то1О поля.As a power source of a relativistic magnetron, a high-current electron accelerator Vintizenko II can be used et al. Experimental studies of a multi-resonator high-current electron. // Letters to the ZhTF. 1983, vol. 9, jVs 8, p. 482-485. or linear induction accelerator Vasiliev VV, Vintienko II et al. Relativistic magnetron., operating in the train of pulses of pulses Pis.ma in ZhTF, 1987, v. 13, X 12, pp. 762-765. In these designs, the anode block and the probe are grounded, and a negative polarity pulse of d.igge.-and- is supplied to the cathode. 50200 NS, with an amplitude of 300-1000 kV. In a crossed electric radial iio.ic field with a cathode and anode and a magnetic field created by a magnetic system, the hücktroy emitted under the influence of explosive electron emission carry out:: nphen11e in two directions. As in a classical magnetron, electrons rotating azimuthally in the spokes, giving their energy to the energy of microwave radiation, carry out p; L anal drift to the anode. In the axial direction of the device, ropueiioix) current electrons emitted by the end of the cathode move. This current is formed by the action of a crossed electric edge radial field and a longitudinal magnetic field. ) The end-face currents are deposited on the surface of the drift pipe in the region of decreasing) m:;

МП к Н 01 J 25/00 MP to N 01 J 25/00

. ,-y,)vi-i у;,. , -y,) vi-i у ;,

/ пю p „ -.-u)/ pu p „-.- u)

где m,L - масса и заряд элекстрона, с - скорость света; у. 1 + Ц/ 2 j У|Ь прикладываемое напряжение междуwhere m, L is the mass and charge of the electron, c is the speed of light; at. 1 + C / 2 j V | b applied voltage between

катодом и анодом; с/,, - внутренний диаметр анодного блока; t/u - внешний диаметр катода Федосов А.И. К расчетл характеристик электронного пучка, формируемого в диодах с магнитной изоляцией. Изв. ВУЗов, Физика, 1977, Х 10, с.134-135. Для реальных размеров используемого нами магнетрона мм и мм (величина t4 подбиралась экспериментально) и напряжения U 1000 кВ величина Лорц «6,37 кА и общий к. п.д. прибора составит:cathode and anode; c / ,, is the inner diameter of the anode block; t / u is the outer diameter of the cathode A. Fedosov K calculation of the characteristics of an electron beam formed in diodes with magnetic insulation. Izv. Universities, Physics, 1977, X 10, p.134-135. For the actual dimensions of the magnetron used by us, mm and mm (the value of t4 was selected experimentally) and the voltage U 1000 kV, the Lorz value of “6.37 kA and the total efficiency device will be:

г I СВЦ I аноон lie 1 йнпокJ(2g I SEC I anon lie 1 ynpokJ (2

р (г + г V/ т + г f p (g + g V / t + g f

-I J- аноон / тори JL акоди i -I J- anon / Tory JL akodi i

e21n e21n

где /7с 0,6н-0,8 - электродный к.п.д. магнетрона, определяемый его геометрическими параметрами (количеством и размерами резонаторов и т.д.) При мощности СВЧ излучения на уровне 1 ГВт величина анодного тока составит /a,,,.. -1.,6 кА и общий к.п.д. 12,6%.where / 7s 0.6n-0.8 - electrode efficiency magnetron, determined by its geometrical parameters (the number and size of resonators, etc.) At a microwave power of 1 GW, the anode current will be / a ,,, .. -1., 6 kA and the overall efficiency 12.6%.

Недостатком этого устройства являются больщие потери тока в осевом направления, снижающие эффективность релятивистского магнегрона.The disadvantage of this device is the large loss of current in the axial direction, reducing the effectiveness of the relativistic magnetron.

Наиболее близкое к предлагаемому устройству выбрано за прототип Сулакшин А.С. Ограничение утечки электронного тока из пространства взаимодействия релятивистского магнетрона. Журнал тех. физики, 1983, т.53, ЛЬ 11, с.2266-2268. Этот релятивистск1гй магнетрон содержит трубу дрейфа с внутренним диаметром, превышающим внутренний диаметр анодного блока. В этом случае величина торцевого тока ограничена на уровне Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. стойчивость релятивистских электронных пучков в плазме и проблема критических токов. Успехи физических наук. 1971. т. 133, Л4, с.603-640 /77С-(у„ -)Closest to the proposed device selected for the prototype Sulakshin A.S. Limiting the leakage of electron current from the interaction space of a relativistic magnetron. Tech magazine Physics, 1983, vol. 53, L 11, p. 226-2268. This relativistic magnetron contains a drift tube with an inner diameter exceeding the inner diameter of the anode block. In this case, the value of the end current is limited at the level of Bogdankevich L.S., Rukhadze A.A. stability of relativistic electron beams in plasma and the problem of critical currents. Advances in physical sciences. 1971. T. 133, L4, p. 603-640 / 77C- (y „-)

/„„ :).48 кА(...)/ „„ :). 48 kA (...)

7 / 2/3 ,.3/2 7 / 2/3, .3 / 2

Однако с торца катода инжектируется ток величиной 6.37 кА в соответстви с (1) Известно, что при инжекции в трубу дрейфа тока больше критического значения на некоторо.м расстоянии от плоскости инжекции образуется виртуальный катод. Часть тока (/((//.) 0,8 кА отражается от виртуального катода и возвращается в катоданодный промежуток. Часть электронов отраженного тока может попасть в правильную фазу спицы и отдать свою энергию электромагнитной волне. Неправильиофазные электроны возвращаются на , отбирая энергию у электромагнитной волны.However, a current of 6.37 kA is injected from the end of the cathode in accordance with (1). It is known that upon injection into the current drift tube more than a critical value at a certain distance from the injection plane, a virtual cathode is formed. Part of the current (/ ((//.) 0.8 kA is reflected from the virtual cathode and returns to the cathode anode gap. Some of the electrons of the reflected current can get into the correct phase of the spoke and give their energy to the electromagnetic wave. The wrong-phase electrons return to, taking the energy from the electromagnetic the waves.

Подобное устройство позволяет несколько повысить эффективность работы релятивистского магнетрона по сравнению с прибором-аналогом и величину к.п.д. до ,47.Such a device allows you to slightly increase the efficiency of the relativistic magnetron in comparison with the analog device and the value of the efficiency until 47.

Однако, задача повышения к.п.д. магнетрона за счет уменьшения торцевого тока не теряет своей актуальности.However, the task of increasing the efficiency magnetron due to the reduction of the end current does not lose its relevance.

Для повышения эффективности работы магнетрона предлагается устройство релятивистский магнетрон, содержащий как и прототип многорезонаторный анодньи блок, трубу дрейфа, катод соединенный посредством катододержателя с отрицательным выводом источника питания, магнитную систему. В отличие от прототипа катод имеет длину L(,-X)L превышающую длину многорезонаторного анодного блока 1.. Таким образом торец катода находится в области трубы дрейфа. Кроме того торец катода выполнен закругленным с радиусом скругления равным радиусу катода. На фиг. показано предлагаемое устройствоTo increase the efficiency of the magnetron, a relativistic magnetron device is proposed, containing, like the prototype, a multi-cavity anode block, a drift tube, a cathode connected by a cathode holder with a negative output of a power source, and a magnetic system. Unlike the prototype, the cathode has a length L (, - X) L greater than the length of the multi-cavity anode block 1 .. Thus, the end of the cathode is located in the region of the drift tube. In addition, the end of the cathode is rounded with a radius of rounding equal to the radius of the cathode. In FIG. shows the proposed device

Многорезонаторный анодный блок / электрически и механически соединен с трубой дрейфа 2 и связан с земляным потенциалом источника питания. Расположенньи аксиально симметрично внутри анодного блока катод 3 соединен с отрицательным выводом источника питания посредством катододержателя 4. Для создания продольного магнитного поля используется магнитная система 5, запитываемая от оглельного источника питания. Торец катода, соединенный с катододержателем, расположен в плоскости торца магнетронаThe multi-cavity anode block is / electrically and mechanically connected to the drift tube 2 and connected to the earth potential of the power source. Arranged axially symmetrically inside the anode block, the cathode 3 is connected to the negative terminal of the power source by means of the cathode holder 4. To create a longitudinal magnetic field, a magnetic system 5 is used, which is fed from the ground power source. The end face of the cathode connected to the cathode holder is located in the plane of the end face of the magnetron

Устройство работает следующим образом. Предварительно включается источник питания магнитной системы (импульсный или постоянный). Затем от источника питания .магнетрона, в момент когда ток магнитной системы достиг максимального значения, подается импульс высокого напряжения отрицательной полярности по катодо.иержателю на катод. Под действием высокой напряженности электрического поля 10 В/см наThe device operates as follows. The power source of the magnetic system (pulse or constant) is first turned on. Then, from the magnetron power source, at the moment when the current of the magnetic system reaches its maximum value, a high voltage pulse of negative polarity is fed through the cathode to the holder to the cathode. Under the influence of high electric field strength 10 V / cm on

поверхности катода образуется взрывная электронная эмиссия Литвинов Е.А. и др. Автоэмиссионные и взрывоэмиссионные процессы при вакуумных разрядах. Успехи физ наук. 1983, т. 139, с.265-302. В скрещенных электрическом радиальном поле межд катодом и анодом и аксиальном магнитном поле магнитной системы, электроны имитированные с поверхности катода, сгруппировавшись в спицы осуществляют дрейф к аноду (также как и в классическом магнетроне). При радиальном дрейфе электронов происходит преобразование потенциальной энергии электронов в энергию СВЧ излучения. Поскольку свободный (не связанный с катододержателем) торец катода находится в области трубы дрейфа на удалении от торца магнетрона (0,)Лл, вн тренний диаметр трубы дрейфа значительно превышает внутренний диаметр анода, то напряженность электрического поля в области торца катода значительно меньше. Размещение торца катода на расстоянии большим Q,4L от плоскости торца магнетрона позволяет снизить влияние краевого радиального электрического поля между торцами магнетрона и катода.explosive electron emission is formed on the cathode surface E. Litvinov etc. Auto-emission and explosion-emission processes in vacuum discharges. Successes of physical sciences. 1983, t. 139, s. 265-302. In the crossed radial electric field between the cathode and the anode and the axial magnetic field of the magnetic system, the electrons imitated from the surface of the cathode, grouped into spokes, drift to the anode (as well as in the classical magnetron). With radial electron drift, the potential energy of electrons is converted to microwave energy. Since the free (unrelated to the cathode holder) end of the cathode is located in the drift tube region at a distance from the magnetron end (0,) L, the internal diameter of the drift tube significantly exceeds the inner diameter of the anode, the electric field strength in the region of the cathode end is much lower. Placing the end of the cathode at a distance greater than Q, 4L from the plane of the end of the magnetron reduces the influence of the edge radial electric field between the ends of the magnetron and the cathode.

Большая длина катода вызывает необходимость увеличения длины области однородного магнитного поля, формируемого магнитной системой. В противном случае торец катода может оказаться в краевом поле магнитной системы. При значениях магнитного поля ниже критического значения произойдет нарушение магнитной изоляции промежутка.The large length of the cathode necessitates an increase in the length of the region of a uniform magnetic field generated by the magnetic system. Otherwise, the end of the cathode may be in the edge field of the magnetic system. At values of the magnetic field below the critical value, a violation of the magnetic isolation of the gap will occur.

Инжектируемый ток составит:The injected current is:

fflcMY.-Yjvi-iY;,,  fflcMY.-Yjvi-iY ;,

/ ни , ./ neither.

Отмечу, что формула для расчета /„„ ., приведена для случая формирования сплошного цилиндрического электронного пучка. Благодаря выполнению торца катода скругленным с радиусом скругления равным радиусу катода будет формироваться сплошной электронный пучок Исаков П.Я. и др. Магн1ттоизолированный диод для получения моноэнергетического электронного пучка наносекундной длительности ПТЭ, 1988, № 2, с.27-29. Величина к.п.д. магнетрона в этом случае составитI note that the formula for calculating / „„. Is given for the case of the formation of a continuous cylindrical electron beam. Due to the fulfillment of the end of the cathode rounded with a radius of curvature equal to the radius of the cathode, a continuous electron beam Isakov P.Ya. et al. Magnittoinsulated diode for producing a monoenergetic electron beam of nanosecond duration PTE, 1988, No. 2, pp. 27-29. The value of the efficiency magnetron in this case will be

„ ...1.М...,.7о.. „... 1.M ...,. 7o ..

1 + . 1,2)1/1+2, 1+. 1,2) 1/1 + 2,

Испытания подобного устройства были проведены с использованием секщш линейного индукционного ускорителя при напряжении на катоде 400 кВ. Длина многорезонаторного анодного составляла 72 мм. длина катодов 125 и 140 мм. Наблюдалось увеличение эффективности работы релятивистского магнетрона в 1,3 раза (мощность излучения выросла с 200 МВт до л 260 МВт, при равных геометрических размерах магнетрона, трубы дрейфа, радиуса катода и соответствующем напряжении ускорителя и индукции магнитного поля.Tests of such a device were carried out using a sectional linear induction accelerator at a voltage of 400 kV at the cathode. The length of the multi-cavity anode was 72 mm. cathode lengths 125 and 140 mm. There was an increase in the efficiency of the relativistic magnetron by 1.3 times (the radiation power increased from 200 MW to l 260 MW, with equal geometrical dimensions of the magnetron, drift tube, cathode radius and the corresponding accelerator voltage and magnetic field induction.

Claims (1)

Релятивистский магнетрон, содержащий заземленный многорезонаторный анодный блок, трубу дрейфа, аксиально расположенный им катод, соединенный посредством катододержателя с отрицательным выводом источника питания и магнитную систему, отличающийся тем, что длина катода составляет Lk=(1,4-2)LА, где LА - длина многорезонаторного анодного блока, свободный торец катода расположен в области трубы дрейфа с радиусом округления торца, равным радиусу катода.
Figure 00000001
A relativistic magnetron containing a grounded multi-cavity anode block, a drift tube, an axially arranged cathode connected by a cathode holder with a negative output of a power source and a magnetic system, characterized in that the cathode length is L k = (1.4-2) L A , where L A is the length of the multiresonator anode block, the free end of the cathode is located in the region of the drift tube with a radius of rounding of the end equal to the radius of the cathode.
Figure 00000001
RU99124740/20U 1999-11-22 1999-11-22 RELATIVISTIC MAGNETRON RU13936U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99124740/20U RU13936U1 (en) 1999-11-22 1999-11-22 RELATIVISTIC MAGNETRON

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99124740/20U RU13936U1 (en) 1999-11-22 1999-11-22 RELATIVISTIC MAGNETRON

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU13936U1 true RU13936U1 (en) 2000-06-10

Family

ID=48275046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99124740/20U RU13936U1 (en) 1999-11-22 1999-11-22 RELATIVISTIC MAGNETRON

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU13936U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1520347A (en) Device for plasma incision of matter with specifically tuned radiofrequency electromagnetic generator
RU2343584C1 (en) Self-sharpening point field-emission cathode for operation in technical vacuum
US5162698A (en) Cascaded relativistic magnetron
US5552672A (en) Magnetron construction particularly useful as a relativistic magnetron
US5159241A (en) Single body relativistic magnetron
RU13936U1 (en) RELATIVISTIC MAGNETRON
RU2216066C2 (en) Relativistic magnetron
RU2239255C2 (en) Super-reltron
Bossamykin et al. Pulsed power electron accelerators with the forming systems based on stepped transmission lines
RU2175155C2 (en) Method for generating microwave pulses in virtual-cathode device and virtual-cathode horn implementing it
RU2123740C1 (en) Vircator
RU2166813C1 (en) Method and device for producing microwave radiation in relativistic magnetron
SU803736A1 (en) Relativistic magnetron
RU2134920C1 (en) Reflecting triode
RU2455799C1 (en) Linear induction accelerator injector
RU2069938C1 (en) Device for producing polarized electron beam
SU584706A1 (en) Electron accelerator
Ren et al. Investigation of an Accelerator Driving Three Microwave Tubes Simultaneously
Babkin et al. Powerful electron accelerator" COVCHEG": status, parameters and physical experiments
RU2173907C2 (en) Method for generating periodic microwave pulse train in virtual-cathode device
RU2123243C1 (en) Plasma current breaker
RU2467428C1 (en) Klystron-type microwave device
SU708956A1 (en) Ipulsive electron accelerator
RU46126U1 (en) RELATIVISTIC MICROWAVE GENERATOR
Batalin et al. Optimization of U4+ output of the MEVVA ion source