3) Гибридный прибор:

Создавая лазер на свободных электронах, можно в качестве ондулятора использовать клистрон (оптический), таким образом оптический клистрон дает даже больше усиление, чем обычные лазеры на свободных электронах. (впервые такую систему сделали в 1979 году в Институте ядерной физике им. Г.И. Будкера (ИЯФ) А.Н. Скринский и Н.А. Винокуров).

Ондулятор первого оптического клистрона был первым в мире ондулятором на постоянных магнитах с регулировкой амплитуды магнитного поля при помощи изменения рабочего зазора. Во второй версии оптического клистрона, сделанной в 1982 году, были впервые в мире применены гибридные (с железными полюсами) ондуляторы на постоянных магнитах, предложенные и сделанные в ИЯФ. Как переменный зазор, так и гибридная конструкция ондуляторов стали сейчас общепринятыми и применяются на всех источниках синхротронного излучения.

К сожалению, т.к. в данном случае гибридный прибор фактически остается лазером на свободных электронах, но с использованием в качестве ондулятора клистрона, то сложно оценить области взаимодействия прибора. Однако, существуют данные о характерных размерах лазеров на свободных электронах (ЛСВ) – это сотни метров (даже есть случай, когда для рентгеновского ЛСВ переоборудовали ускоритель элементарных частиц).

Задача №2

Приборы с квазистатическим управлением. Триод.

Рассчитать углы пролета носителей заряда в промежутке катод-сетка триода, работающего в одном из режимов А, В или С (выберите самостоятельно). Фазы вылета с катода задать от 0 до 360⁰. Рабочая частота , расстояние катод-сетка 0.1*, постоянное напряжение на аноде 100* , проницаемость сетки 0,01*(. Рассчитайте для этих углов коэффициент взаимодействия. Используя полученные результаты, объясните, почему триоды неэффективны на высоких частотах.

Ответ:

Дано:

Рабочая частота f	650 МГц
Расстояние катод-сетка l	1,3 мм
Постоянное напряжение анода U	1300 В
Проницаемость сетки D	0,22

Решение:

Для удобства выберу режим B. В этом режиме угол отсечки будет равен 90^◦, а смещение выбирается равным напряжению отсечки так, что при отсутствии сигнала анодный ток равен нулю. Таким образом, используя следующие формулы:

, где M – коэффициент взаимодействия и θ – угол пролета.

В режиме В напряжение смещения U_c меняется от -D·U_a·U_зап до 0, т.о.:

U_с1=|-D∙Ua|+D∙U_а = 2∙D∙U_а = 2∙0.22∙1300 = 572 В

U_с2=0+D∙U_а=D∙U_а = 0.22∙1300 = 286 В

=

=

Рис. 2. Зависимость коэффициента взаимодействия от угла пролета

При уменьшении напряжения сетки мы получаем больший угол пролета, а, следовательно, и уменьшение коэффициента взаимодействия.

Для сохранения допустимого значения угла пролета θ расстояние l должно меняться обратно пропорционально частоте w. Одновременно должны уменьшаться размеры формообразующих элементов сетки (диаметр проволоки или толщина перемычек сетки, размер ячейки и т.п.).

При малых значениях расстояния l, которые характерны для приборов дециметрового диапазона, дальнейшее уменьшение этого расстояния ограничивается рядом конструктивно-технологических факторов, в частности, явлением термодеформации сетки и требует применения новых конструктивно-технологических решений.

Сетка должна быть формоустойчивой и не испытывать заметных деформаций при ее нагреве за счет мощности, излучаемой катодом и мощности, обусловленной перехватом электронного тока, в режимах с положительным сеточным потенциалом.

Задача №3.

Приборы с динамическим управлением. Клистрон.

Рассчитать угол пролета, при котором электрон, попавший в ускоряющую фазу напряжения, догонит электрон, попавший в тормозящую фазу. Расчет провести в кинематическом приближении. При расчетах принять: постоянное ускоряющее напряжение , длину зазора (область взаимодействия) , глубину скоростной модуляции , рабочая частота .

Как изменится процесс группирования при учете сил пространственного заряда, если ток луча равен , а диаметр луча ? На каком расстоянии от середины модулирующего зазора будет максимальная группировка?

Ответ:

Дано:

Постоянное ускоряющее напряжение, U	9 кВ
Длина зазора, l	0,69 мм
Глубина скоростной модуляции, b	0,13 мм
Рабочая частота, f	10 ГГц
Ток луча, I	9 А
Диаметр луча, d	9 мм

Решение:

1. Рассчитаем угол пролета:

2. Процесс группирования при учете сил пространственного заряда:

Не учитывая силы пространственного заряда, параметр группирования при максимальном конвекционном токе равен 1,84. Выясним, как поменяется этот параметр с учетом упомянутых сил.

Найдем плазменную частоту:

r₁= 1,84 ; r₂= -0.49 => т.к. величина параметра группирования резко уменьшается в следствие сил пространственного заряда, то можно сказать, что происходит процесс разгруппирования.

3. Определение расстояния, на котором будет происходить максимальная группировка:

Исходя из определения, максимум r будет при следующим условии:

И теперь найдем расстояние от середины модулирующего зазора при максимальной группировке: