Релятивистские генераторы с большой средней мощностью излучения
Электродинамическая структура
релятивистского гироклистрона
Генераторы на релятивистских электронных пучках, основанные на всех механизмах стимулированного излучения частиц, давно достигли гигаваттного уровня пиковой мощности излучения в диапазонах длин волн от дециметров до миллиметров. В то же время для использования релятивистских источников в таких приложениях, как ускорители со сверхбыстрым темпом набора энергии частиц, радиолокация и др., эти генераторы должны обеспечивать не только пиковую, но и большую среднюю мощность излучения вплоть до 105 Вт, что может быть достигнуто при использовании ускорителей, работающих с высокой частотой повторения электронных импульсов и магнитных систем, способных обеспечивать достаточно длинные импульсы магнитного поля.
Для получения большой средней мощности в ряде случаев наиболее простыми и адекватными являются релятивистские ЛОВ со взрывоэмиссионными инжекторами сильноточных электронных пучков. Эти генераторы обладают высокой степенью адаптивности и малыми временами переходных процессов, а их электродинамические системы хорошо совместимы с сильноточными электронными пучками. В сантиметровом диапазоне они обеспечивают пространственно-когерентное излучение с пиковой мощностью более 1 ГВт при длительности импульсов до 20—30 нс.
В последние годы разрабатываемые релятивистские ЛОВ гигаваттного уровня микроволновой мощности в импульсах наносекундной длительности, способные работать с частотой повторения импульсов до 500 Гц, достигли высокого технического уровня. В ИПФ была предложена новая разновидность магнитоизолированного диода с сильноточным взрывоэмиссионным кромочным катодом и профилированным анодом (Н. Ф. Ковалев), позволившая управлять длительностью СВЧ-импульсов и путем значительного обострения переднего фронта импульса тока уменьшить время включения и примерно в 1,5 раза повысить энергетический КПД генераторов трех- и десятисантиметрового диапазонов. Предложено использовать в релятивистской ЛОВ волноводы с мелкой прямоугольной гофрировкой поверхности, благодаря чему при сохранении выходной мощности удается значительно увеличить рабочий ток и снизить напряжение до 300—400 кВ, что существенно упрощает систему защиты от рентгеновского излучения.
В связи с усложнением задач для мощных генераторов на основе релятивистских ЛОВ разрабатываются автогенераторы, способные работать в режимах генерации сложных сигналов и с синхронизацией внешними сигналами, а также многорежимные автогенераторы.