RU2411604C1

RU2411604C1 - Method and device for controlling electron beam collector rocking

Info

Publication number: RU2411604C1
Application number: RU2009144974/07A
Authority: RU
Inventors: Фолькер ЭРКМАНН (DE); Фолькер ЭРКМАНН; Гюнтер ДАММЕРТЦ (DE); Гюнтер ДАММЕРТЦ; Мартин ШМИД (DE); Мартин ШМИД
Original assignee: Макс-Планк-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Виссеншафтен Е.Ф.; Карлсруер Институт Фюр Технологи
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2011-02-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: collector rocking method for controlling an electron beam (1) in a beam collector (230), particularly of a magnetic gyrotron device, includes steps for exposing the electron beam (1) to the effect of a transverse rocking field, having a field component which is perpendicular to the longitudinal direction (z) of the beam collector (230) and provides an inclined, rotating region (3) of intersection of the electron beam (1) in the beam collector (230), and variation of at least one of the longitudinal position and angle of inclination of the region (3) of intersection for modulation of the transverse rocking field. The invention also describes a collector rocking device (100) and a microwave oscillator (200).

EFFECT: reduced formation of maximum power.

14 cl, 7 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к способу коллекторного качания, в частности, для управления пучком электронов в коллекторе пучка вакуумного устройства, подобного электронной лампе сверхвысокочастотного генератора. Кроме того, изобретение относится к способу сверхвысокочастотной генерации при помощи сверхвысокочастотного генератора, при этом способ включает в себя коллекторное качание пучка электронов. Кроме того, изобретение относится к устройству коллекторного качания и сверхвысокочастотному генератору, который приспособлен для реализации вышеупомянутых способов.The invention relates to a collector swing method, in particular for controlling an electron beam in a beam collector of a vacuum device, like an electronic lamp of a microwave generator. In addition, the invention relates to a method of microwave generation using a microwave generator, the method includes a collector swinging an electron beam. In addition, the invention relates to a collector swing device and a microwave generator that is adapted to implement the above methods.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Генерация сверхвысокой частоты, использующая электронные лампы, в частности использующая мазер на свободных электронах, гиротрон или клистрон, в целом известна. В качестве примера, гиротрон включает в себя источник электронов для генерирования полого пучка сильно ускоренных электронов и криомагнитное устройство резонанса для принуждения электронов к циклотронному движению, в котором испускается сверхвысокочастотное излучение. Коллектор пучка обеспечен для сбора пучка электронов после разделения сверхвысокочастотного излучения сверхвысокочастотной оптикой. Коллектор пучка приспособлен не только для поглощения электрического тока, представленного пучком электронов, а скорее для рассеивания излишней мощности, которая сохранилась в пучке электронов после испускания сверхвысокочастотного излучения.Microwave generation using electron tubes, in particular using a free electron maser, gyrotron or klystron, is generally known. As an example, a gyrotron includes an electron source for generating a hollow beam of strongly accelerated electrons and a cryomagnetic resonance device for forcing electrons to cyclotron motion in which microwave radiation is emitted. A beam collector is provided for collecting an electron beam after separation of microwave radiation by microwave optics. The beam collector is adapted not only to absorb the electric current represented by the electron beam, but rather to dissipate the excess power that is stored in the electron beam after the emission of microwave radiation.

Рассеивание тепла в коллекторах пучка представляет серьезную проблему, в частности, у сверхвысокочастотных генераторов большой мощности. В качестве примера, электронная лампа миллиметрового диапазона большой мощности работает с мощностью высокой частоты (ВЧ) типично 1 МВт в режиме непрерывного действия с КПД от 30% до 50%. В этом пределе КПД, типично от 1 до 2 МВт мощности остается в пучке электронов после сверхвысокочастотной генерации. Эта остаточная мощность должна быть рассеяна, как излишняя мощность, в коллекторе пучка. Коллектор пучка, типично, выполнен из меди, и имеет цилиндрическую форму. Электроны направляются сильным стационарным магнитным полем с осевой симметрией (типично 5-6 Т) через область входа в коллектор с осевой симметрией. Расходящиеся линии магнитного поля и таким образом движущиеся в потоке электроны пересекаются в некотором вертикальном положении со стенкой коллектора. Область пересечения (область столкновения) образует горизонтальное кольцо с типичной плотностью мощности, например, 20 МВт/м². Несмотря на то, что медь, имеющая превосходные свойства охлаждения и современные системы водяного охлаждения включены в стенку коллектора пучка, эта плотность мощности находится далеко за пределами существующей технологии охлаждения. Из-за непрерывной работы, эта плотность мощности может привести к плавлению коллектора пучка.Heat dissipation in beam collectors is a serious problem, in particular for high-power microwave generators. As an example, a high-power millimeter-wave electron tube operates with a high frequency (RF) power of typically 1 MW in continuous operation with an efficiency of 30% to 50%. In this limit, the efficiency, typically from 1 to 2 MW of power, remains in the electron beam after microwave generation. This residual power must be dissipated as excess power in the beam collector. The beam collector is typically made of copper and has a cylindrical shape. Electrons are guided by a strong stationary magnetic field with axial symmetry (typically 5-6 T) through the region of entry into the collector with axial symmetry. Divergent lines of the magnetic field and thus electrons moving in the flow intersect in some vertical position with the collector wall. The intersection region (collision region) forms a horizontal ring with a typical power density, for example, 20 MW / m ² . Despite the fact that copper with excellent cooling properties and modern water cooling systems are included in the wall of the beam collector, this power density is far beyond the existing cooling technology. Due to continuous operation, this power density can lead to melting of the beam collector.

Для избежания повреждения на коллекторе пучка, доступные гиротроны приспособлены для технологии коллекторного качания (технологии качания магнитного поля, смотри, например, С. Альберти и др. «Усовершенствование европейского гиротрона непрерывного действия большой мощности для ECRH систем» в «Fusion Engineering and Design» № 53, 2001, стр. 387-397). Обычно, коллекторное качание содержит наложение стационарного расходящегося магнитного поля и магнитного качающего поля, которое качает (непрерывно передвигает, отклоняет) полый пучок электронов по внутренней стенке коллектора пучка, чтобы уменьшить усредненную по времени локальную плотность мощности (фиг.5А и 5В).To avoid damage to the beam collector, available gyrotrons are adapted for collector rocking technology (magnetic field rocking technology, see, for example, S. Alberti et al. “Improving the European high-power continuous gyrotron for ECRH systems” in Fusion Engineering and Design No. 53, 2001, pp. 387-397). Typically, collector oscillation involves the imposition of a stationary diverging magnetic field and a magnetic oscillating field that pumps (continuously moves, deflects) a hollow electron beam along the inner wall of the beam collector to reduce the time-averaged local power density (Figs. 5A and 5B).

В частности, фиг.5А и 5В изображают цилиндрический коллектор 230' пучка обычного гиротрона (не показано полностью). Полый пучок 1' электронов направлен к коллектору 230' пучка вдоль его продольного (осевого) протяжения (параллельно положительному z-направлению). При расходящемся магнитном поле 2' пучок 1' электронов направлен к внутренним стенкам коллектора 230' пучка. Без качания область 3' пересечения, образованная пучком 1' электронов с внутренней стенкой коллектора 230' пучка, является круглой областью, как показано в отношении центрального пунктирного кольца на фиг.5А.In particular, FIGS. 5A and 5B depict a cylindrical beam collector 230 ′ of a conventional gyrotron beam (not shown in full). The hollow electron beam 1 ′ is directed towards the beam collector 230 ′ along its longitudinal (axial) extension (parallel to the positive z-direction). With a diverging magnetic field 2 ′, the electron beam 1 ′ is directed towards the inner walls of the beam collector 230 ′. Without swinging, the intersection region 3 ′ formed by the electron beam 1 ′ with the inner wall of the beam collector 230 ′ is a circular region, as shown with respect to the center dotted ring in FIG. 5A.

Согласно фиг.5А коллекторное качание обеспечено вертикальной качающей катушкой 22', окружающей внешнюю стенку коллектора 230' пучка и продолжающейся вдоль его продольного протяжения. С вертикальной качающей катушкой 22' вертикальное качающее поле создано добавлением периодически меняющегося осевого векторного компонента (z-компонента) к расходящемуся магнитному полю (Система Качания Вертикального Поля, СКВП). В результате, пучок 1' электронов качают вдоль внутренней стенки коллектора 230' пучка. Область 3' пересечения, образованная пучком 1' электронов, является сдвигающейся круглой областью. Штриховые кольца на фиг.5 отмечают верхнюю и нижнюю критические отметки 4' отклоненного пучка 1' электронов.5A, the collector swing is provided with a vertical oscillating coil 22 ′ surrounding the outer wall of the beam collector 230 ′ and continuing along its longitudinal extension. With a vertical swing coil 22 ', a vertical swing field is created by adding a periodically changing axial vector component (z-component) to the diverging magnetic field (Vertical Field Swing System, SCWP). As a result, an electron beam 1 ′ is pumped along the inner wall of the beam collector 230 ′. The intersection region 3 ′ formed by the electron beam 1 ′ is a shifting circular region. The dashed rings in FIG. 5 mark the upper and lower critical marks 4 ′ of the deflected electron beam 1 ′.

СКВП имеет общий недостаток, связанный с низким электрическим КПД. Медная стенка коллектора 230' пучка представляет единственный виток, короткозамкнутую катушку, эффективно экранирующую вертикальное качающее поле. В связи с тем, что мощные источники питания переменного тока большие, катушкам качания с водяным охлаждением требуется обеспечить необходимую возможность качания. Этого недостатка можно избежать при обычном способе коллекторного качания, изображенном на фиг.5В (Система Качания Поперечного Поля, СКПП).SQUP has a common disadvantage associated with low electrical efficiency. The copper wall of the beam collector 230 ′ represents a single coil, a short-circuited coil, effectively shielding the vertical pumping field. Due to the fact that the powerful AC power sources are large, water-cooled rocking coils need to provide the necessary rocking capability. This disadvantage can be avoided with the conventional collector swing method depicted in FIG. 5B (Transverse Field Swing System, SKPP).

При СКПП коллекторное качание обеспечено поперечной качающей катушкой 11'. В этом случае, поперечное качающее поле создано добавлением вращающегося горизонтального векторного компонента к расходящемуся магнитному полю. При поперечном качающем поле областью пересечения пучка 1' электронов является вращающийся эллипс. Так как малого перекашивания перпендикуляра к z-направлению достаточно для эффективного отклонения пучка электронов, поперечная качающая катушка 11' может быть расположена впереди области входа коллектора 230' пучка, таким образом, вышеупомянутая проблема экранирования СКВП технологии значительно уменьшена. Кроме того, эта секция гиротрона сооружена из нержавеющей стали, а не меди с уменьшенной электропроводностью.When SKPP collector swing provided transverse swing coil 11 '. In this case, the transverse pumping field is created by adding a rotating horizontal vector component to the diverging magnetic field. In a transverse pumping field, the region of intersection of the electron beam 1 ′ is a rotating ellipse. Since a small distortion of the perpendicular to the z-direction is sufficient for effective deflection of the electron beam, the transverse oscillating coil 11 'can be located in front of the inlet region of the beam collector 230', thus, the aforementioned problem of shielding the SQUP technology is significantly reduced. In addition, this section of the gyrotron is constructed of stainless steel, not copper with reduced electrical conductivity.

Общую проблему как СКВП, так и СКПП технологий, относят к так называемому образованию максимумов мощности в течение периода качания. Фиг.6 изображает вертикальные профили плотности мощности увеличения температуры в коллекторе для СКВП технологии (точки) и СКПП технологии (штрихи). В то время как вертикальное качание имеет в результате два пика мощности в критических точках 4' (фиг.5А) за период качания, поперечное качание показывает единственный пик мощности в нижнем пределе (возле области входа коллектора пучка). Образование максимумов мощности представляет основной недостаток, потому что плотность мощности в максимуме распределения мощности определяет общую производительность коллектора.The common problem of both SCVP and SKPP technologies is related to the so-called formation of power maxima during the swing period. Fig.6 depicts vertical profiles of the power density of the temperature increase in the collector for SKVP technology (points) and SKPP technology (strokes). While vertical rocking results in two power peaks at critical points 4 ′ (FIG. 5A) during the rocking period, lateral rocking shows a single power peak in the lower limit (near the beam collector entry region). The formation of power maxima is a major drawback because the power density at the maximum power distribution determines the total collector performance.

Существует интерес к уменьшению образования максимумов мощности не только в гиротронных коллекторах пучка, а скорее в любом коллекторе пучка вакуумного устройства большой мощности, фактически примененного, например, в других сверхвысокочастотных генераторах, в частности с целью нагрева плазмы в термоядерном реакторе.There is interest in reducing the formation of power peaks not only in gyrotron beam collectors, but rather in any beam collector of a high-power vacuum device, which is actually used, for example, in other microwave generators, in particular for the purpose of heating plasma in a thermonuclear reactor.

ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Задачей изобретения является обеспечение усовершенствованных способов коллекторного качания и устройств для управления пучком электронов в коллекторе пучка, избегая недостатков и ограничений обычных технологий.The objective of the invention is to provide improved methods of collector oscillation and devices for controlling an electron beam in the beam collector, avoiding the disadvantages and limitations of conventional technologies.

Эта задача решена способами и устройствами, содержащими признаки независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществлений и применений изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.This problem is solved by methods and devices containing features of the independent claims. Preferred embodiments and uses of the invention are defined in the dependent claims.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно первому объекту настоящее изобретение основано на общих технических аспектах обеспечения способа коллекторного качания для управления пучком электронов в коллекторе пучка, в котором поперечное качающее поле модулируют для непрерывного изменения положения и/или ориентации качающегося пучка электронов в коллекторе пучка. Согласно второму объекту настоящее изобретение основано на общих технических аспектах обеспечения устройства коллекторного качания, выполненного с возможностью управления пучком электронов в коллекторе пучка, в котором устройство поперечной качающей катушки устройства коллекторного качания обеспечено модулирующим устройством, которое размещено с возможностью модуляции положения и/или ориентации поперечного качающего поля. Дополнительные независимые объекты изобретения содержат способ сверхвысокочастотной генерации и сверхвысокочастотный генератор, включающие в себя признаки, относящиеся к заявленным аспектам коллекторного качания.According to a first aspect, the present invention is based on the general technical aspects of providing a collector swing method for controlling an electron beam in a beam collector in which a transverse pump field is modulated to continuously change the position and / or orientation of the electron beam in the beam collector. According to a second aspect, the present invention is based on the general technical aspects of providing a collector swing device configured to control an electron beam in a beam collector in which a transverse pump coil device of a collector pump device is provided with a modulating device that is arranged to modulate the position and / or orientation of the transverse pump fields. Additional independent objects of the invention comprise a microwave generation method and a microwave generator, including features related to the claimed collector swing aspects.

Согласно изобретению поперечное качающее поле модулируют. Поперечное качающее поле является вращающимся магнитным полем, имеющим, по меньшей мере, один векторный компонент, перпендикулярный продольному направлению коллектора пучка. Поперечное качающее поле отклоняет пучок электронов так, что образует наклонную, вращающуюся область пересечения в коллекторе пучка. Предлагаемая модуляция поперечного качающего поля обеспечивает в результате непрерывное изменение продольного (в частности, осевого) положения и угла наклона области пересечения. Соответственно, можно избежать явных максимумов выделения мощности (образования максимумов мощности), происходящих при обычной технологии и получить однородное распределение мощности. При модуляции профиль нагрева вдоль продольного направления коллектора пучка расширяют, таким образом, уменьшают образование максимумов мощности. В частности, плотность мощности в критической точке области пересечения возле области входа коллектора пучка (ближайшая или нижняя критическая точка) уменьшают тем, что ближайшую критическую точку неоднократно (предпочтительно периодически) передвигают вследствие модуляции поперечного качающего поля.According to the invention, the transverse pumping field is modulated. A transverse oscillating field is a rotating magnetic field having at least one vector component perpendicular to the longitudinal direction of the beam collector. A transverse pumping field deflects the electron beam so that it forms an inclined, rotating intersection region in the beam collector. The proposed modulation of the transverse pumping field provides a continuous change in the longitudinal (in particular, axial) position and the angle of inclination of the intersection region. Accordingly, it is possible to avoid the obvious maximums of power allocation (the formation of maximums of power) that occur with conventional technology and to obtain a uniform power distribution. During modulation, the heating profile along the longitudinal direction of the beam collector is expanded, thus reducing the formation of power maxima. In particular, the power density at the critical point of the intersection region near the input region of the beam collector (the nearest or lower critical point) is reduced by moving the nearest critical point repeatedly (preferably periodically) due to modulation of the transverse pumping field.

В качестве основного преимущества, система коллекторного качания, которая генерирует однородное распределение мощности вдоль всего профиля нагрева, обеспечена впервые. Предлагаемое коллекторное качание обеспечивает, в частности, преимущества для электронных ламп, которые приспособлены для генерирования сверхвысокочастотной выходной мощности выше 1 МВт, в частности выше 2 МВт. Однако предлагаемое коллекторное качание также обеспечивает преимущества для обычных ВЧ электронных ламп, потому что они могут быть сконструированы более экономично (в частности, с меньшими коллекторами) или работать с более высоким запасом надежности и/или продленным сроком службы.As a major advantage, a collector swing system that generates a uniform power distribution along the entire heating profile is provided for the first time. The proposed collector swing provides, in particular, advantages for electronic lamps, which are adapted to generate microwave output power above 1 MW, in particular above 2 MW. However, the proposed collector swing also provides advantages for conventional RF electronic tubes, because they can be designed more economically (in particular, with smaller collectors) or work with a higher safety margin and / or extended service life.

Согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения поперечное качающее поле модулируют наложением поперечного качающего поля с вертикальным качающим полем. Предпочтительно, область пересечения, например, эллипс пересечения в цилиндрическом коллекторе пучка, сдвигают вверх и вниз (или вперед и назад), таким образом, сглаживают пики профиля выделения мощности вдоль продольного протяжения коллектора пучка. В качестве дополнительного преимущества для обеспечения первого варианта осуществления коллекторного качания могут быть использованы доступные элементы электронных устройств. В частности, доступные устройства катушки вертикального поля могут быть объединены с устройством катушки поперечного поля для генерирования модулированного поперечного качающего поля.According to a first preferred embodiment of the invention, the transverse pumping field is modulated by applying a transverse pumping field with a vertical pumping field. Preferably, the intersection region, for example, the intersection ellipse in the cylindrical beam collector, is shifted up and down (or forward and backward), thereby smoothing the peaks of the power release profile along the longitudinal extension of the beam collector. As an additional advantage to provide the first embodiment of the collector swing, available electronic components can be used. In particular, available vertical field coil devices can be combined with a transverse field coil device to generate a modulated transverse pumping field.

Первый вариант осуществления изобретения обеспечивает, помимо прочего, преимущество, выраженное в уменьшении образования максимумов мощности без генерирования новых «мест перегрева». Модуляция поперечного качающего поля вертикальным качающим полем обеспечивает не только сдвиг образования максимумов мощности, но также и конкретное ослабление. Вследствие частотно зависимого влияния толстой стенки коллектора (скин-эффект), наложение поперечного и вертикального качающих полей является нелинейным процессом. Поэтому, принимая во внимание сложное взаимодействие наложенных расходящихся зависящих от времени полей в присутствии экранирования и деформации стенки коллектора, в частности медной стенки, ослабление образования максимумов мощности представляет неожиданный и обеспечивающий преимущества результат.The first embodiment of the invention provides, among other things, an advantage expressed in reducing the formation of power peaks without generating new “hot spots”. The modulation of the transverse oscillating field by the vertical oscillating field provides not only a shift in the formation of maximum power, but also a specific attenuation. Due to the frequency-dependent effect of a thick collector wall (skin effect), overlapping transverse and vertical pumping fields is a non-linear process. Therefore, taking into account the complex interaction of superimposed diverging time-dependent fields in the presence of screening and deformation of the collector wall, in particular the copper wall, the weakening of the formation of power maxima is an unexpected and advantageous result.

Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения поперечное качающее поле подвергают воздействию амплитудной модуляции. В этом случае, модулируют угол наклона вращающейся области пересечения, таким образом, сглаживают пики мощности профиля плотности мощности. Второй вариант осуществления изобретения имеет дополнительное преимущество в технической простоте. Система катушки вертикального поля не требуется для реализации амплитудной модуляции поперечного качающего поля.According to a second preferred embodiment of the invention, the transverse pump field is subjected to amplitude modulation. In this case, the angle of inclination of the rotating intersection region is modulated, thereby smoothing the power peaks of the power density profile. The second embodiment of the invention has an additional advantage in technical simplicity. A vertical field coil system is not required to implement amplitude modulation of the transverse pump field.

Согласно дополнительному варианту осуществления поперечное качающее поле может быть модулировано как вертикальным качающим полем, согласно вышеупомянутому первому варианту осуществления, так и амплитудной модуляцией, согласно вышеупомянутому второму варианту осуществления. Такое сочетание обеспечивает преимущество, заключающее в дополнительном улучшении профиля плотности мощности в пределах коллектора пучка.According to a further embodiment, the transverse pumping field can be modulated both by the vertical pumping field, according to the aforementioned first embodiment, and by amplitude modulation, according to the aforementioned second embodiment. This combination provides the advantage of further improving the power density profile within the beam collector.

Для реализации этих вариантов осуществления устройство коллекторного качания этого изобретения содержит устройство катушки вертикального поля, которое размещено для наложения поперечного качающего поля с вертикальным качающим полем и/или устройство амплитудной модуляции, которое соединено с устройством поперечной качающей катушки для подвержения поперечного качающего поля воздействию амплитудной модуляции.To implement these embodiments, the collector swing device of this invention comprises a vertical field coil device that is arranged to superimpose a transverse pump field with a vertical pump field and / or an amplitude modulation device that is connected to a transverse pump coil device to expose the transverse pump field to amplitude modulation.

Дополнительные преимущества изобретения получают, если поперечное качание и модуляция поперечного качающего поля воздействуют согласно разным временным масштабам. Предпочтительно, частота поперечного качания, которая типично является частотой вращения поперечного качающего поля больше, чем частота вертикального качания модулирующего вертикального качающего поля и/или частота амплитудной модуляции. При этом варианте осуществления изобретения профиль выделения мощности сглаживают медленным вертикальным смещением и/или наклоном области пересечения. Согласно предпочтительным вариантам изобретения область пересечения пучка электронов вращается, по меньшей мере, 2 раза, в частности предпочтительный, по меньшей мере, 5 раз пока не завершен один вертикальный цикл (первый вариант осуществления) или цикл наклона (второй вариант осуществления). Другими словами, отношение частоты поперечного качания и частоты вертикального качания (или частоты амплитудной модуляции) предпочтительно больше, чем 2, в частности предпочтительное больше, чем 5.Additional advantages of the invention are obtained if the lateral oscillation and modulation of the transverse oscillating field act according to different time scales. Preferably, the lateral oscillation frequency, which is typically the rotational frequency of the transverse oscillating field, is greater than the vertical oscillation frequency of the modulating vertical oscillating field and / or the amplitude modulation frequency. In this embodiment, the power release profile is smoothed out by a slow vertical offset and / or slope of the intersection area. According to preferred embodiments of the invention, the electron beam intersection region rotates at least 2 times, in particular preferred at least 5 times, until one vertical cycle (first embodiment) or tilt cycle (second embodiment) is completed. In other words, the ratio of the transverse frequency to the vertical frequency (or amplitude modulation frequency) is preferably greater than 2, in particular more than 5.

Дополнительные преимущества при вышеупомянутом втором варианте осуществления получены, если амплитудная модуляция имеет глубину модуляции меньше, чем 70%, в частности равна или меньше, чем 50%. При этих параметрах, однородные профили выделения мощности дополнительно оптимизированы.Further advantages with the aforementioned second embodiment are obtained if the amplitude modulation has a modulation depth of less than 70%, in particular equal to or less than 50%. With these parameters, homogeneous power allocation profiles are further optimized.

Типично, вертикальное качающее поле, модулирующее поперечное качающее поле (первый вариант осуществления) может быть генерировано устройством катушки вертикального поля, продолжающимся вдоль продольного направления коллектора пучка, возможно, ровно вокруг его области входа. В этом случае, может быть получено улучшенное сглаживание образования максимумов мощности, отдаленное от области входа. Однако, согласно частному преимуществу изобретения, устройство катушки вертикального поля будет ограничено до катушки вертикального поля (так называемой катушки области входа), размещенной в области входа коллектора пучка. Изобретатели обнаружили, что генерирование вертикального качающего поля для модулирования поперечного качающего поля только катушкой области входа является пригодным для сглаживания ближайшего образования максимумов мощности. При обеспечении только катушкой области входа, структура устройства коллекторного качания является существенно упрощенной. При этом не возникают недостатки, связанные с низким КПД обычной СКВП технологии.Typically, a vertical pumping field modulating a transverse pumping field (first embodiment) may be generated by a vertical field coil device extending along the longitudinal direction of the beam collector, possibly exactly around its inlet region. In this case, improved smoothing of the formation of power peaks remote from the input region can be obtained. However, according to a particular advantage of the invention, the arrangement of the vertical field coil will be limited to a vertical field coil (the so-called input region coil) located in the input region of the beam collector. The inventors have found that generating a vertical pumping field to modulate the transverse pumping field only by the coil of the input region is suitable for smoothing the closest formation of power maxima. If only the input region is provided with a coil, the structure of the collector swing device is significantly simplified. At the same time, there are no disadvantages associated with the low efficiency of conventional SQUP technology.

Дополнительное преимущество изобретательской технологии коллекторного качания дано возможностью использования различных размещений катушек поперечного поля, выбранных в зависимости от частного применения изобретения. Предпочтительно, по меньшей мере, две катушки поперечного поля размещены непосредственно перед областью входа коллектора пучка. Только двух катушек поперечного поля достаточно для обеспечения переключающего поперечного качающего поля, которое, согласно изобретению, модулируют вертикальным качающим полем и/или амплитудной модуляцией. Предпочтительно, размещение трех или шести катушек поперечного поля, обеспечено имеющимися в результате преимуществами в виде однородности поля. Согласно, в частности, предпочтительному варианту осуществления, три пары катушек поперечного поля размещены с относительным смещением на 120°. При парном возбуждении катушек, получают вращающееся магнитное поле для поперечного качания.An additional advantage of inventive collector swing technology is given by the possibility of using different arrangements of transverse field coils, selected depending on the particular application of the invention. Preferably, at least two transverse field coils are positioned directly in front of the inlet region of the beam collector. Only two coils of the transverse field are sufficient to provide a switching transverse pumping field, which, according to the invention, is modulated by a vertical pumping field and / or amplitude modulation. Preferably, the placement of three or six coils of the transverse field is provided with the resulting advantages in the form of field uniformity. According to a particularly preferred embodiment, three pairs of transverse field coils are arranged with a relative offset of 120 °. When the coils are paired, a rotating magnetic field is obtained for lateral swing.

Другое преимущество улучшенной безопасности работы изобретательского коллекторного качания дано тем фактом, что нет частных требований в отношении управления качающими полями. Параметры поперечного и вертикального качания, в частности частота поперечного качания, частота вертикального качания, частота амплитудной модуляции, амплитуда вертикального качания, форма амплитудной модуляции и/или глубина модуляции, могут быть отрегулированы в зависимости от свойств коллектора пучка, в частности, охлаждающей способности, размеров и рабочих условий, таких как, например, электрический ток пучка электронов. Однако, согласно модифицированному варианту осуществления изобретения, может быть реализовано управление с обратной связью, по меньшей мере, одним из поперечных и вертикальных качающими полями. При этом варианте изобретения способ коллекторного качания включает в себя этап определения температуры для получения распределения температуры в коллекторе пучка и дополнительный этап управления, по меньшей мере, одним из поперечных качающих полем и изобретательской модуляцией поперечного качающего поля в зависимости от обнаруженного распределения температуры. Для сбора данных температуры предпочтительно используют множество термоэлектрических датчиков.Another advantage of the improved safety of inventive collector swing operation is given by the fact that there are no particular requirements regarding the control of the swing fields. The parameters of the transverse and vertical oscillations, in particular the transverse oscillation frequency, the vertical oscillation frequency, the amplitude modulation frequency, the vertical oscillation amplitude, the amplitude modulation shape and / or the modulation depth, can be adjusted depending on the properties of the beam collector, in particular, cooling capacity, dimensions and operating conditions, such as, for example, the electric current of an electron beam. However, according to a modified embodiment of the invention, feedback control by at least one of the transverse and vertical swing fields can be implemented. In this embodiment of the invention, the collector swing method includes a step of determining the temperature to obtain a temperature distribution in the beam collector and an additional step of controlling at least one of the transverse pump field and inventive modulation of the transverse pump field depending on the detected temperature distribution. A plurality of thermoelectric sensors are preferably used to collect temperature data.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Дополнительные подробности и преимущества предпочтительного варианта осуществления описаны ниже со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано:Additional details and advantages of the preferred embodiment are described below with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг.1-3: схематичные виды предпочтительного варианта осуществления изобретения;1-3: schematic views of a preferred embodiment of the invention;

Фиг.4: графическое представление профиля плотности мощности, полученного согласно изобретению; и4: a graphical representation of the power density profile obtained according to the invention; and

Фиг.5 и 6: иллюстрируют обычные технологии (предшествующий уровень техники).5 and 6: illustrate conventional technologies (prior art).

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯPREFERRED EMBODIMENTS

В отношении следующего описания предпочтительного варианта осуществления ссылка выполнена на применение изобретательского коллекторного качания для управления пучком электронов в гиротроне большой мощности. Следует подчеркнуть, что применение изобретения не ограничено гиротронами, а скорее возможно и на других вакуумных устройствах, включающих в себя коллектор пучка для сбора пучка электронов, таких как, например, другие вакуумные устройства с магнитным полем, направляющим сбросы пучка электронов с большой плотностью мощности, таких как, например, мазеры на свободных электронах (МСЭ) или лазеры на свободных электронах (ЛСЭ). Кроме того, примерная ссылка выполнена на применение изобретения с цилиндрическим коллектором пучка, в котором электронный пучок периодически качают вдоль продольного протяжения внутренней стенки коллектора пучка. Изобретательское коллекторное качание может быть реализовано с разными конструкциями коллектора пучка аналогичным способом. В качестве примера, внутренняя стенка коллектора может быть приспособлена для скользящего падения пучка электронов на коническую стенку коллектора. При следующих вариантах осуществления предположено периодически вращающееся поперечное качающее поле, имеющее заданную частоту поперечного качания. Изобретение может быть реализовано с неоднородным вращением или скачкообразной сменой направления поперечного качающего поля аналогичным способом.With respect to the following description of a preferred embodiment, reference is made to the use of inventive collector rocking for controlling an electron beam in a high-power gyrotron. It should be emphasized that the application of the invention is not limited to gyrotrons, but rather is possible on other vacuum devices including a beam collector for collecting an electron beam, such as, for example, other vacuum devices with a magnetic field directing the discharge of an electron beam with a high power density, such as, for example, free electron masers (ITU) or free electron lasers (FEL). In addition, an exemplary reference is made to the application of the invention with a cylindrical beam collector, in which the electron beam is periodically pumped along the longitudinal extension of the inner wall of the beam collector. Inventive collector swing can be implemented with different beam collector designs in a similar way. As an example, the inner wall of the collector can be adapted for the sliding incidence of an electron beam on the conical wall of the collector. In the following embodiments, it is assumed that a transversely rotating transverse oscillating field having a predetermined transverse oscillation frequency is assumed. The invention can be implemented with non-uniform rotation or abrupt change of direction of the transverse pumping field in a similar way.

Фиг.1 схематично изображает вариант осуществления сверхвысокочастотного генератора 200 (фиг.1А), который оборудован предлагаемым устройством 100 коллекторного качания, которое подробно изображено в схематичном виде сверху фиг.1В. Сверхвысокочастотный генератор 200 включает в себя электронную пушку 210, криомагнитное устройство 220 резонанса и цилиндрический коллектор 230 пучка. Сверхвысокочастотный генератор 200, например, гиротрон большой мощности, такой как коммерческий гиротрон ТН1507 Фалеса (SNo.3), приспособлен для работы в непрерывном режиме с частотой гиротрона в диапазоне от 100 до 140 ГГц и выходной мощностью около 1МВт. После взаимодействия пучок электронов - волна с КПД около 45%, электроны имеют энергию от около 80 до 100 КэВ. Цилиндрический коллектор 230 пучка имеет продольную длину около 1 м и диаметр около 0,5 м.Fig. 1 schematically depicts an embodiment of a microwave generator 200 (Fig. 1A), which is equipped with the proposed collector swing device 100, which is shown in detail in a schematic top view of Fig. 1B. The microwave generator 200 includes an electron gun 210, a cryomagnetic resonance device 220, and a cylindrical beam collector 230. An microwave generator 200, for example, a high-power gyrotron, such as the THlesa Thales commercial gyrotron (SNo.3), is suitable for continuous operation with a gyrotron frequency in the range from 100 to 140 GHz and an output power of about 1 MW. After the interaction, the electron beam - wave with an efficiency of about 45%, the electrons have an energy of about 80 to 100 keV. The cylindrical beam collector 230 has a longitudinal length of about 1 m and a diameter of about 0.5 m.

Продольное направление переноса электронов в сверхвысокочастотный генератор 200, в частности, в коллектор 230 пучка и осевое направление коллектора пучка относят как z-направление. Радиальные направления (х- и у-направления) ориентированы перпендикулярно относительно z-направления.The longitudinal direction of electron transfer to the microwave generator 200, in particular to the beam collector 230, and the axial direction of the beam collector are referred to as the z-direction. Radial directions (x- and y-directions) are oriented perpendicular to the z-direction.

Предлагаемое устройство 100 коллекторного качания размещено со стороны входа коллектора 230 пучка, например в осевом положении между криомагнитным устройством 220 резонанса и коллектором 230 пучка, в частности, прямо перед областью 231 входа. В зависимости от варианта осуществления устройство 100 коллекторного качания содержит сочетание устройства 10 поперечной качающей катушки с устройством 20 вертикальной качающей катушки (первый вариант осуществления) или только устройство 10 поперечной качающей катушки (в сочетании с устройством 30 амплитудной модуляции, второй вариант осуществления), или сочетание устройства 10 поперечной качающей катушки как с устройством 20 вертикальной качающей катушки, так и устройством 30 амплитудной модуляции.The proposed collector swing device 100 is placed on the input side of the beam collector 230, for example in the axial position between the cryomagnetic resonance device 220 and the beam collector 230, in particular, directly in front of the input region 231. Depending on the embodiment, the collector swing device 100 comprises a combination of a transverse swing coil device 10 with a vertical swing coil device 20 (first embodiment) or only a transverse swing coil device 10 (in combination with an amplitude modulation device 30, a second embodiment), or a combination transverse swing coil devices 10 with both a vertical swing coil device 20 and an amplitude modulation device 30.

Устройство 10 поперечной качающей катушки содержит, например, шесть поперечных качающих катушек с 11 по 16. Фиг.1В показывает вид сверху компоновки катушек вокруг коллектора 230 пучка. Предпочтительно, катушки с 11 по 16 сконструированы и размещены, как описано в публикации Г. Даммерца и др. в «Трудах Совместной 30 Международной Конференции на тему Инфракрасные и Миллиметровые волны и 13 Международной Конференции на тему Электроника Терагерцевого Диапазона», Вильямсбург, США, ISBN 0-7803-9349-X (2005) с. 323-324. Поперечные качающие катушки с 11 по 16 возбуждают попарно (11-14, 12-15, 13-16), таким образом, создавая магнитное поперечное качающее поле. Частота поперечного качания выбрана, например, 50 Гц, чтобы упростить источник питания (50 Гц европейский стандарт питающей сети), т.е. магнитное поперечное качающее поле вращается 50 раз в секунду. Поперечные качающие катушки с 11 по 16 сконструированы, принимая во внимание доступное пространство вокруг гиротрона, требуемую магнитодвижущую силу, требования охлаждения для непрерывной работы и производственные соображения. Для избежания вибрационного повреждения вследствие работы при переменном токе в статическом магнитном поле криомагнитного устройства 220 резонанса, катушки плотно намотаны (пустоты заполнены). Каждая из катушек с 11 по 16 обеспечена медной рубашкой водяного охлаждения, поддерживающей температуру катушки ниже 80°С. Каждая катушка выполнена с возможностью генерации магнитодвижущей силы, например, 8 кА-витков. Типичные размеры катушек с 11 по 16: внешние размеры: 322×245×90 мм, обмотка (медь) 200 витков (10 слоев), поперечное сечение проволоки 2,24×3,55 мм → 7,4 мм², ток: 30 А (21,2 А (среднеквадратическое значение)) (2,88 А/мм² (среднеквадратическое значение)), напряжение: 72 В (среднеквадратическое значение), полное сопротивление: 0,36 Ом при 20°С, омические потери: 20°С → 162 Вт, 120°С → 225 Вт, макс. допустимая температура изоляции 200°С, индуктивность: 12 мГн, вес меди: 11 кг, полный вес: 17 кг, каркас катушки: аустенитная нержавеющая сталь, магнитное поле в центре катушки: 21 мТл. Каждая из катушек с 11 по 16 соединена с источником 17 питания поперечного качающего поля, который содержит, например, регулируемый 3-фазный трансформатор, обеспечивающий ток 23 А в каждой поперечной качающей катушке. Пучок 1 электронов (штриховая окружность) осесимметричный и полый с диаметром приблизительно 100 мм.The transverse swing coil device 10 includes, for example, six transverse swing coils 11 through 16. FIG. 1B shows a plan view of a coil arrangement around a beam collector 230. Preferably, coils 11 to 16 are designed and arranged as described in a publication by G. Dammertz et al. In the Proceedings of the Joint 30th International Conference on Infrared and Millimeter Waves and the 13th International Conference on Electronics in the Terahertz Range, Williamsburg, USA, ISBN 0-7803-9349-X (2005) p. 323-324. The transverse pumping coils from 11 to 16 excite in pairs (11-14, 12-15, 13-16), thus creating a magnetic transverse pumping field. The lateral sweep frequency is selected, for example, 50 Hz, in order to simplify the power supply (50 Hz European standard of the power supply network), i.e. The magnetic transverse pumping field rotates 50 times per second. The transverse oscillating coils 11 to 16 are designed taking into account the available space around the gyrotron, the required magneto-motive force, the cooling requirements for continuous operation, and production considerations. To avoid vibration damage due to operation at alternating current in a static magnetic field of a cryomagnetic resonance device 220, the coils are tightly wound (voids are filled). Each of coils 11 to 16 is provided with a copper water-cooling jacket, maintaining the coil temperature below 80 ° C. Each coil is made with the possibility of generating a magnetomotive force, for example, 8 kA turns. Typical sizes of coils 11 to 16: external dimensions: 322 × 245 × 90 mm, winding (copper) 200 turns (10 layers), wire cross section 2.24 × 3.55 mm → 7.4 mm ² , current: 30 A (21.2 A (RMS value)) (2.88 A / mm ² (RMS value)), voltage: 72 V (RMS value), impedance: 0.36 Ohms at 20 ° C, ohmic loss: 20 ° C → 162 W, 120 ° C → 225 W, max. permissible insulation temperature 200 ° C, inductance: 12 mH, copper weight: 11 kg, total weight: 17 kg, coil frame: austenitic stainless steel, magnetic field in the center of the coil: 21 mT. Each of the coils 11 to 16 is connected to a transverse pumping field power source 17, which for example contains an adjustable 3-phase transformer providing a current of 23 A in each transverse pumping coil. The electron beam 1 (dashed circle) is axisymmetric and hollow with a diameter of approximately 100 mm.

Устройство 20 вертикальной качающей катушки содержит цилиндрическую вертикальную качающую катушку 21, соединенную с источником 22 питания вертикального качания. Катушка 21 размещена с осевой симметрией вокруг части пучка 1 электронов непосредственно перед областью 231 входа коллектора 230 пучка. В качестве необходимого преимущества изобретения осевая длина вертикальной качающей катушки 21 может быть выбрана существенно короче по сравнению с обычной СКВП-катушкой. В качестве примера вертикальная качающая катушка 21 может содержать несколько витков, например, менее 10 витков или только ровно один виток. Соответственно, энергопотребление и издержки вертикальной качающей катушки могут быть существенно уменьшены. Источник 22 питания вертикальной качающей катушки содержит источник питания переменного тока, приспособленный для обеспечения переменного тока для возбуждения вертикальной качающей катушки 21. Переменный ток выбран в зависимости от конструкции катушки и величины стационарного магнитного поля.The device 20 of the vertical swing coil comprises a cylindrical vertical swing coil 21 connected to a vertical swing power source 22. The coil 21 is placed with axial symmetry around a portion of the electron beam 1 immediately in front of the input region 231 of the beam collector 230. As a necessary advantage of the invention, the axial length of the vertical oscillating coil 21 can be selected significantly shorter than a conventional SKVP coil. As an example, the vertical oscillating coil 21 may comprise several turns, for example, less than 10 turns or only exactly one turn. Accordingly, the power consumption and costs of the vertical oscillating coil can be significantly reduced. The vertical swing coil power source 22 comprises an AC power source adapted to provide alternating current to drive the vertical swing coil 21. The alternating current is selected depending on the design of the coil and the magnitude of the stationary magnetic field.

Устройство 30 амплитудной модуляции, которое предпочтительно включено в источник 17 питания поперечного качания, также схематично изображает фиг.1В. Устройство 30 амплитудной модуляции приспособлено для создания низкочастотной амплитудной модуляции (например, 7 Гц), которая имеет треугольную огибающую и типично 50% глубину модуляции.The amplitude modulation device 30, which is preferably included in the lateral swing power source 17, also schematically depicts FIG. The amplitude modulation device 30 is adapted to create a low frequency amplitude modulation (e.g., 7 Hz) that has a triangular envelope and typically 50% modulation depth.

В качестве предпочтительного режима работы, токи катушки в устройствах как поперечного, так и вертикального качающего поля, могут быть отрегулированы с источниками 17, 22 питания, чтобы поддерживать одинаковое полное расхождение пучка, т.е. с увеличением амплитуды поперечного качающего поля, амплитуду вертикального качающего поля уменьшают.As a preferred mode of operation, the coil currents in both transverse and vertical pumping field devices can be adjusted with power sources 17, 22 to maintain the same total beam divergence, i.e. with increasing amplitude of the transverse pumping field, the amplitude of the vertical pumping field is reduced.

Фиг.1В дополнительно изображает контур 40 обратной связи, который, если требуется, может быть обеспечен для управления изобретательским коллекторным качанием. Контур 40 обратной связи включает в себя множество датчиков 41 температуры и схему 42 управления. В качестве примера 49 датчиков температуры (термопар) смонтированы на равных расстояниях вдоль вертикального направления коллектора 230 пучка. Подъем температуры измерен как функция вертикального расстояния от области 231 входа. Схема 42 управления приспособлена для оценивания данных температуры, полученных от датчиков 41 температуры и для создания сигнала управления, по меньшей мере, для одного из источников 17, 22 питания поперечного и вертикального качания. В качестве примера, если температура в зоне, отдаленной от области 231 входа, увеличивается выше заданного порогового значения, схема 42 управления воздействует на увеличенную амплитуду вертикального качающего поля, созданного катушкой 21.FIG. 1B further depicts a feedback loop 40, which, if desired, can be provided to control inventive collector swing. The feedback loop 40 includes a plurality of temperature sensors 41 and a control circuit 42. As an example, 49 temperature sensors (thermocouples) are mounted at equal distances along the vertical direction of the beam collector 230. The temperature rise is measured as a function of the vertical distance from the input region 231. The control circuit 42 is adapted to evaluate the temperature data received from the temperature sensors 41 and to create a control signal for at least one of the lateral and vertical oscillation power sources 17, 22. As an example, if the temperature in the zone remote from the entry region 231 increases above a predetermined threshold value, the control circuit 42 acts on the increased amplitude of the vertical pumping field created by the coil 21.

В то время как устройство 10 поперечной качающей катушки создает эллиптическую область пересечения качающегося пучка электронов, как в случае технологии предшествующего уровня техники (см. фиг.5В), изобретательская модуляция поперечного качающего поля имеет в результате изменение области 3 пересечения, как схематично изображено на фиг.2 и 3.While the transverse oscillating coil device 10 creates an elliptical intersection region of the oscillating electron beam, as in the case of prior art technology (see FIG. 5B), inventive modulation of the transverse oscillating field results in a change in the intersection region 3, as shown schematically in FIG. .2 and 3.

Фиг.2 схематично изображает осевое передвижение области 3 пересечения (эллипс линии столкновения) под влиянием низкочастотного вертикального качающего поля, созданного, например, одновитковой или многовитковой катушкой 21 области входа. Область 3 пересечения, образованную статическим расходящимся магнитным полем 4 и поперечным качающим полем, сдвигают вверх и вниз. Эллипс вращается много раз (типично 10 раз) пока не завершен один вертикальный цикл. Однородный профиль выделения мощности получают регулировкой амплитуды и частоты систем вертикального и поперечного качания в зависимости от параметров работы сверхвысокочастотного устройства 200.Figure 2 schematically depicts the axial movement of the intersection region 3 (collision line ellipse) under the influence of a low-frequency vertical pumping field created, for example, by a single-turn or multi-turn coil 21 of the input region. The intersection region 3 formed by the static diverging magnetic field 4 and the transverse pumping field is shifted up and down. The ellipse rotates many times (typically 10 times) until one vertical cycle is completed. A uniform power release profile is obtained by adjusting the amplitude and frequency of the vertical and lateral swing systems depending on the operating parameters of the microwave device 200.

Согласно фиг.3 низкочастотная амплитудная модуляция поперечного качающего поля имеет в результате медленную модуляцию угла наклона вращающегося эллипса линии столкновения, таким образом, сглаживая пики профиля выделения мощности. Согласно изобретению варианты осуществления как фиг.2, так и 3 могут быть объединены для включения в себя более сложного передвижения области пересечения в коллекторе 230 пучка.3, the low-frequency amplitude modulation of the transverse pumping field results in slow modulation of the angle of inclination of the rotating ellipse of the collision line, thus smoothing the peaks of the power release profile. According to the invention, embodiments of both FIGS. 2 and 3 can be combined to include more complex movement of the intersection area in the beam collector 230.

Фиг.4 изображает экспериментальный результат, полученный предложенным способом коллекторного качания. Сглаженный профиль выделения мощности (сплошная линия), полученный в изобретении, сравнен с профилем с двойным образованием максимумов мощности обычной СКВП-технологии (точечная линия, см. фиг.6). Согласно фиг.4 получено уменьшение пиковой нагрузки почти в два раза, таким образом, повышая возможность коллектора на ту же величину. Дополнительное улучшение профиля плотности мощности достигнуто обеспечением точной настройки модуляции поперечного качающего поля с точной настройкой постоянного магнитного поля, которое сдвигает нижнюю критическую точку области 3 пересечения немного в сторону от области входа.Figure 4 depicts the experimental result obtained by the proposed method of collector swing. The smoothed power allocation profile (solid line) obtained in the invention is compared with the profile with the double formation of power maxima of the conventional SKVP technology (dotted line, see FIG. 6). According to figure 4, the reduction of the peak load is almost doubled, thus increasing the collector capacity by the same amount. An additional improvement in the power density profile has been achieved by providing fine tuning of the modulation of the transverse pumping field with fine tuning of the constant magnetic field, which shifts the lower critical point of the intersection region 3 slightly away from the entrance region.

Признаки изобретения, раскрытые в вышеупомянутом описании, чертежи и формула изобретения могут учитываться как по отдельности, так и в сочетании для выполнения изобретения в различных вариантах осуществления.The features of the invention disclosed in the above description, drawings and claims may be taken into account individually or in combination to carry out the invention in various embodiments.

Claims

1. A collector swing method for controlling an electron beam (1) in a beam collector (230), comprising the steps of:
subject the electron beam (1) to a transverse pumping field having a field component perpendicular to the longitudinal direction (z) of the beam collector (230), and provide an inclined, rotating region (3) of intersection of the electron beam (1) in the beam collector (230),
characterized by an additional step in which
changing at least one of the longitudinal position and the angle of inclination of the intersection region (3) by modulating the transverse pumping field.

2. The method according to claim 1, in which the modulation of the transverse pumping field contains at least one of the stages in which
superimposing a vertical pumping field on a transverse pumping field, and
subject the transverse pumping field to amplitude modulation.

3. The method according to claim 2, in which the frequency of the transverse oscillation of the transverse pumping field is greater than the frequency of the vertical oscillation of the vertical pumping field or the frequency of the amplitude modulation of said amplitude modulation.

4. The method according to claim 3, in which the quotient of the transverse oscillation frequency and the vertical oscillation frequency or the amplitude modulation frequency is greater than 2.

5. The method of at least one of claims 2 to 4, wherein the amplitude modulation has a modulation depth of less than 70%.

6. The method of at least one of claims 1 to 4, in which the transverse pumping field is generated by at least two coils (11, 12, ...) of the transverse field, placed circumferentially in the region of the entrance of the beam collector.

7. The method according to claim 6, in which the transverse pumping field is generated by three pairs of coils (11, 12, ...) of the transverse field.

8. The method of at least one of claims 2 to 4, in which the vertical pumping field is generated by the vertical field coil device (20), which is located in the input region (231) of the beam collector (230) and / or is extended along the longitudinal direction (z) of the beam collector (230).

9. The method of at least one of claims 1 to 4, comprising the step of
determining a temperature distribution in the beam collector (230), and
control the modulation of the transverse pumping field depending on the aforementioned specific temperature distribution.

10. A method of generating an ultra-high frequency, comprising the steps of generating an electron beam, subjecting the electron beam to a magnetic gyrotron field to generate an ultra-high frequency and collecting the electron beam, the electron beam being exposed in accordance with a collector swing method according to at least one of the preceding paragraphs .

11. A collector swing device (100) that is arranged to control an electron beam (1) in a beam collector (230), comprising
a device (10) of a transverse pumping coil, which is arranged to generate a transverse pumping field directed perpendicular to the longitudinal direction (z) of the beam collector (230) and providing an inclined, rotating region (3) of the intersection of the electron beam (1) in the beam collector, characterized
a modulating device (20, 30), which is arranged to modulate the transverse pump field so that at least one of the longitudinal position and the angle of inclination of the intersection region (3) changes.

12. The device according to claim 11, in which the modulating device comprises at least one of
a vertical field coil device (20), which is arranged to superimpose a vertical pumping field on a transverse pumping field,
an amplitude modulation device (30) that is coupled to a transverse swing coil device for subjecting the transverse swing field to amplitude modulation.

13. The device according to item 12, in which the modulating device (20, 30) is configured to control the frequency of the transverse oscillation of the transverse oscillating field so that it exceeds the frequency of vertical oscillation of the vertical oscillating field or the frequency of amplitude modulation of amplitude modulation.

14. The device according to item 13, in which the modulating device (20, 30) is configured to control the transverse frequency so that the quotient of the transverse frequency and the vertical frequency or amplitude modulation frequency is greater than 2.

15. The device, at least one of paragraphs.11-14, in which the device (10) of the transverse swing coil contains at least two coils (11, 12, ...) of the transverse field, placed around the circumference around the region ( 231) the entrance of the beam collector.

16. The device according to clause 15, in which the transverse swing coil device contains three pairs of transverse field coils.

17. The device, at least one of claims 12-14, in which the device (20) of the vertical swing coil comprises at least one of the coil (21) of the input region surrounding the input region of the beam collector and the vertical swing coil placed along the longitudinal direction (z) of the beam collector.

18. A device according to at least one of claims 12-14, further comprising a feedback loop (40) for controlling at least one of the transverse pump field and the vertical pump field depending on the temperature of the beam collector (230) .

19. Microwave generator (200) containing
an electron beam source (210) for generating an electron beam,
a cryomagnetic resonance device (220) for subjecting the electron beam (1) to a magnetic gyrotron field to generate an ultrahigh frequency, and
a beam collector (230), which is arranged to collect an electron beam (1), the beam collector (230) comprising a collector swing device (100) of at least one of claims 11-18.