Впервые разработана методика численного моделирования анализатора винтовых электронных пучков (ВЭП) гиротронов, работающего на принципе тормозящего электрического поля. Методика учитывает трехмерность распределения электрического поля и позволяет проводить анализ схем анализаторов с различной конфигурацией электродов в области торможения электронного пучка с целью определения погрешностей измерений питч-фактора, скоростного разброса и вида функции распределения по осцилляторным скоростям, вносимых за счет сложной трехмерной пространственной структуры тормозящего поля. Методика применима для расчета степени искажения функции распределения при различных входных функциях распределения по осцилляторным скоростям, реализующихся в системах формирования ВЭП с различными топологиями пучков (пограничный, ламинарный, регулярно пересекающийся, перемешанный).
The new approach of numerical simulation of electrostatic analyzer of gyrotrons helical electron beams based on the retarding electric field method is developed. The method takes into account three-dimensional distribution of the electric field and allows investigate different schemes of analyzers having various shapes of electrodes and applying to find the deviations in the measured values of pitch-factor, velocity spread and oscillatory velocity distribution function caused by the complicated 3-dimensional distribution of the retarding electric field. The developed approach can be applied for estimation of the distortion of the oscillatory velocity distribu-tion function in different gyrotron electron-optic systems forming helical electron beams of dif-ferent kinds (laminar, boundary, regular intersecting and mixed).
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 37027589
В работе впервые разработана методика численного моделирования анализатора ВЭП, работающего на принципе тормозящего электрического поля. Методика учитывает трехмерность распределения электрического поля и позволяет проводить анализ схем анализаторов с различной конфигурацией электродов в области торможения электронного пучка с целью определения погрешностей измерений питч-фактора, скоростного разброса и вида функции распределения по осцилляторным скоростям, вносимых за счет сложной трехмерной пространственной структуры тормозящего поля. Предложенный способ моделирования позволяет рассчитывать погрешность и степень искажения восстановленных функций распределения при различных видах входных функций распределения по осцилляторным скоростям.
Показано, что наличие тангенциальной компоненты тормозящего электрического поля в области пролета пучка приводит к смещению измеренных функций распределения в область больших осцилляторных скоростей и уширению функции распределения, что ведет к увеличению измеренных значений скоростного разброса и питч-фактора по сравнению с реально существующими в пучке. Найденные в работе искажения функций распределения необходимо учитывать при использовании измеренных параметров ВЭП, особенно в режимах работы МИП, соответствующих большим (более 1,3–1,4) значениям питч-фактора.
Развитая методика позволяет рассчитывать анализаторы с различными геометрическими конфигурациями и на этой основе проводить оптимизацию геометрии с целью повышения точности измерений. Разработанные алгоритмы оценки точности измерений функции распределения могут быть далее обобщены и использованы для расчета новых типов анализаторов, а именно, на основе магнитного зеркала и сферического электростатического анализатора [14, 15].
Список литературы
- Litvak A. G., Denisov G. G., Myasnikov V. E., Tai E. M., Azizov E. A., Ilin V. I. // Int. J. IRMM&THz Waves. 2011. Vol. 32. No. 3. P. 337.
- Гапонов-Грехов А. В., Петелин М. И. Мазеры на циклотронном резонансе. В кн.: Наука и человечество. – М., 1980, С. 283–297. [A.V Gaponov-Grekhov, M.I Petelin, Science and Mankind (Znanie, Moscow, 1980)].
- Thumm M. // KIT Scientific Reports. 2014. Vol. 7662. P. 1–138.
- Gol’denberg A. L., Petelin M. I. // Radiophys. Quantum Electron. 1973. Vol. 16. No. 1. P. 106.
- Litvak A. G., Denisov G. G., Myasnikov V. E., Tai E. M., Azizov E. A., Ilin V. I. // J. Infrared Millim. Terahertz Waves. 2011. Vol. 32. No. 3. P. 337.
- Bratman V., Glyavin M., Idehara T., Kalynov Y., Luchinin A., Manuilov V., Mitsudo S., Ogawa I., Saito T., Tatematsu Y., Zapevalov V. // IEEE Trans. Plasma Sci. 2009. Vol. 37. No 1. P. 36.
- Glyavin M. Yu., Idehara T., Sabchevski S. P. // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2015. Vol. 5. No. 5. P. 788.
- Nusonovich G. S. Introduction to the Physics of Gyrotrons John Hopkins University Press, 2004.
- Цимринг Ш. Е. Введение в высокочастотную вакуумную электронику и физику электронных пучков. Нижний Новгород: Институт прикладной физики РАН, 2012. [S. E. Tsim-ring, Electron Beams and Microwave Vacuum Electronics (John Wiley & Sons, Inc., 2007)].
- Krivosheev P. V., Lygin V. K., Manuilov V. N., Tsimring Sh. E. // Int. J. of Infrared and MM waves. 2001. Vol. 22. No. 8. P. 1119.
- Hermannsfeldt W. B. Electron Trajectory Program – SLAC Report 226, Stanford Linear Accelerator Center, Stanford University, 1979.
- Kuftin A. N., Lygin V. K., Manuilov V. N., Postnikova A. S., Zapevalov V. E. // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1999. Vol. 20. No. 3. P. 361.
- Lygin V. K. // Int. J. оf Infrared and MM waves. 1995. Vol. 16. No. 2. P. 363.
- Zaitsev N. I., Ilyakov E. V., Kulagin I. S., Shevchenko A. S. // Radiophysics and Quantum Electronics. 2006. Vol. 49. No. 2. P. 120.
- Лукша О. И., Цыбин О. Ю. // Труды ЛГТУ. 1991. № 436. С. 39.
- Описание возможностей модуля CST PARTICLE STUDIO [Электронный ресурс]. https://www.cst.com/products/cstps.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). – М.: Наука, 1978. [G. Korn and T. Korn, Mathematical Handbook (Mcgraw-Hill Book Com-pany, New York-London, 1968)].
- A. G. Litvak, G. G. Denisov, V. E. Myasnikov, E. M. Tai, E. A. Azizov, and V. I. Il’in, Int. J. IRMM&THz Waves 32 (3), 337 (2011).
- A. V. Gaponov-Grekhov and M. I. Petelin, in Book: Science and Mankind (Znanie, Moscow, 1980) [in Russian].
- M. Thumm, KIT Scientific Reports 7662, 1 (2014).
- A. L. Gol’denberg and M. I. Petelin, Radiophys. Quantum Electron. 16 (1), 106 (1973).
- A. G. Litvak, G. G. Denisov, V. E. Myasnikov, E. M. Tai, E. A. Azizov, and V. I. Ilin, J. Infrared Millim. Terahertz Waves 32 (3), 337 (2011).
- V. Bratman, M. Glyavin, T. Idehara, Y. Kalynov, A. Luchinin, V. Manuilov, S. Mitsudo, I. Ogawa, T. Saito, Y. Tatematsu, and V. Zapevalov, IEEE Trans. Plasma Sci. 37 (1), 36 (2009).
- M. Yu. Glyavin, T. Idehara, and S. P. Sabchevski, IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 5 (5), 788 (2015).
- G. S. Nusonovich, Introduction to the Physics of Gyro-trons (John Hopkins University Press, 2004).
- S. E. Tsimring, Electron Beams and Microwave Vacuum Electronics (John Wiley & Sons, Inc., 2007; IAP RAS, Nizhny Novgorod, 2012).
- P. V. Krivosheev, V. K. Lygin, V. N. Manuilov, and Sh. E. Tsimring, Int. J. of Infrared and MM Waves 22 (8), 1119 (2001).
- W. B. Hermannsfeldt, Electron Trajectory Program (SLAC Report 226, Stanford Linear Accelerator Center, Stanford University, 1979).
- A. N. Kuftin, V. K. Lygin, V. N. Manuilov, A. S. Post-nikova, and V. E. Zapevalov, Int. J. Infrared and Millimeter Waves 20 (3), 361 (1999).
- V. K. Lygin, Int. J. оf Infrared and MM Waves 16 (2), 363 (1995).
- N. I. Zaitsev, E. V. Ilyakov, I. S. Kulagin, and A. S. Shevchenko, Radiophysics and Quantum Electronics. 49 (2), 120 (2006).
- O. I. Louksha and O. Yu. Tsybin, Trudy LGTU, No. 436, 39 (1991).
- https://www.cst.com/products/cstps (CST PARTICLE STUDIO).
- G. Korn and T. Korn, Mathematical Handbook (Mcgraw-Hill Book Company, New York-London, 1968; Nauka, Moscow, 1978).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Корнеев А. В., Пшеничный А. А., Якубов Р. Х.
Особенности коммутации высоковольтного вакуумного диода плазмой вспомогательной искры 3
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Пономаренко В. П., Попов В. С., Попов С. В., Чепурнов Е. Л.
Фото- и наноэлектроника на основе двумерных 2D-материалов (обзор)
(Часть I. 2D-материалы: свойства и синтез) 10
Патрашин А. И., Ковшов В. С., Никонов А. В., Бурлаков И. Д.
Метод измерения абсолютной спектральной характеристики ИК МФПУ 49
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Сахаров Ю. В.
Изменение структуры и электрофизических свойств пористых пленок диоксида кремния при модификации углеродом в магнетронном разряде 55
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Климов А. В., Мануилов В. Н.
Численное моделирование анализатора параметров электронных пучков мощных гиротронов 63
Логинов В. В.
Новые ксеноновые короткодуговые лампы сверхвысокого давления с сапфировой оболочкой 70
Волков А. Д., Кравченко М. Д., Павлов А. В.
Стенд для исследования характеристик строу 76
Oхрем В. Г.
Новое термоэлектрическое холодильное устройство для получения низких температур 84
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
S. G. Davydov, A. N. Dolgov, A. V. Korneev, A. A. Pshenichniy, and R. Kh. Yakubov
Features of high-voltage vacuum diode switching plasma auxiliary spark 3
PHOTOELECTRONICS
V. P. Ponomarenko, V. S. Popov, S. V. Popov, and E. L. Chepurnov
Photo- and nanoelectronics based on two-dimensional 2D-materials (a review)
(Part I. 2D-materials: properties and synthesis) 10
A. I. Patrashin, V. S. Kovshov, A. V. Nikonov, and I. D. Burlakov
IR array absolute spectral characteristics measurement by an alternative method 49
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Yu. V. Sakharov
Changes in the structure and electrophysical properties of porous silicon dioxide films during carbon modification in a magnetron discharge 55
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
A. V. Klimov and V. N. Manuilov
Numerical simulation of electrostatic analyzer of helical electron beams in powerful gyrotrons 63
V. V. Loginov
New high-pressure xenon short-arc lamps with sapphire shell 70
A. D. Volkov, M. D. Kravchenko, and A. V. Pavlov
The test bench to study the characteristic of straw tubes 76
V. G. Okhrem
New thermoelectric refrigeration device for receiving the low temperatures 84
Другие статьи выпуска
Предложена модель термоэлектрического холодильного устройства, работающего на основе эффекта Пельтье, которое может быть использовано для получения глубокого охлаждения разного рода микроэлектронных приборов. Выполнен расчет глубины охлаждения этого устройства. Показано, что предложенное устройство может быть значительно более эффективным по сравнению с используемыми в настоящее время термоэлектрическими холодильниками. В статье сделан анализ полученных результатов, даны практические рекомендации.
Приводятся конструкция и технические параметры стенда, предназначенного для исследования характеристик тонкостенных трубок – строу (straw). Описана методика и представлены результаты измерений характеристик строу диаметром 9,8 мм и толщиной стенки 20 мкм. Определена область упругой деформации, которая простирается до натяжения (1,850 0,002) кгс. Натяжение, превышающее эту величину, приводит к упругопластической деформации, при которой возрастают скорость релаксации натяжения и ползучесть материала строу. Измерен модуль упругости материала трубки, составляющий (4,44 0,05)109 Н/м2. Результаты исследований температур-ной зависимость модуля упругости позволяют выбрать оптимальную температуру работы строу-детектора. Определен коэффициент Пуассона материала трубки, требуемый для оценки изменения её натяжения в вакууме. Его величина составила 0,338 0,004. Для процесса релаксации впервые рассматривается наличие квазипостоянного остаточного натяжения на временном интервале срока службы детектора, определяемого величиной начального натяжения строу. Представленные результаты показывают высокую точность измерений.
В работе выполнены экспериментальные исследования тепловых полей в газоразрядных лампах, позволившие расчетным путем определить конструктивные характеристики ксеноновой лампы сверхвысокого давления с сапфировой оболочкой. Предложенная конструкция газоразрядной лампы обладает бóльшей надежностью, соответствует по световым параметрам источнику излучения с шаровой кварцевой оболочкой, но по габаритным размерам меньше аналога в два раза.
Предложен принципиально новый физический метод получения пористых пленок диоксида кремния в вакуумных условиях. Показано, что процесс самоорганизации, возникающий при модификации пленок диоксида кремния углеродом, приводит к формированию пространственно распределенных пор, изменяющих электрофизические свойства диэлектрических пленок и расширяющих их функциональное назначение. Исследованы электрофизические свойства и структура пористых пленок, полученных в результате самоорганизации при магнетронном распылении составной мишени в атмосфере кислорода. Установлены корреляции между пористостью, структурой и электрофизическими свойствами пористых пленок диоксида кремния, модифицированных углеродом. Выявлено, что формирование пористой структуры способствует повышению селективной адсорбционной способности пленок диоксида кремния преимущественно за счет капиллярной конденсации в мезапорах, а также стимулированной адсорбции.
Рассмотрены физические и технические аспекты реализации альтернативного метода измерения абсолютной спектральной характеристики ИК МФПУ (спектр токовой чувствительности, вольтовой чувствительности и квантовой эффективности) без участия спектральных приборов. Метод основан на многократном измерении выходного сигнала всех ФЧЭ, генерированного модулированным излучением черного тела (МЧТ) при разных его температурах. Cигнал измеряется на фоне суммы постоянных сигналов, обусловленных излучением фона, входного оптического окна, модулятора излучения МЧТ, темновым током ФЧЭ и постоянным сигналом БИС-мультиплексора. На измеренных сигналах ФЧЭ строится система интегральных уравнений Фредгольма первого рода. В ее левой части стоят измеренные сигналы МЧТ, а в правой части системы стоят аналитические выражения, описывающие данные сигналы. Решением системы являются абсолютные значения вышеуказанных спектральных компонент всех ФЧЭ МФПУ. Рассмотрена блок-схема установки измерения, проанализированы функциональные особенности ее работы и обоснованы требования к ее блокам. Показаны дополнительные преимущества нового метода по сравнению с существующими методами.
Описаны методы синтеза, кристаллографические параметры и строение энергетических зон двумерных и квазидвумерных материалов, таких как графен, дихалькогениды переходных металлов IV-VIII групп, бинарные 2D-халькогениды IV, III и II групп вида трихалькогениды Ti, Zr, Hf, Nb, Bi, Sb, 2D-материалы вида AVBV (AsN, AsP, PN, SbAs, SbN, SbP), 2D-нитриды вида AIIIN (A = Al, Ga, In, B), моноатомные 2D-материалы (фосфорен P, плюмбен Pb, станен Sn, германен Ge, силицен Si, антимонен Sb, арсенен As, висмутен Bi, борофен В, окто-нитроген 8-N), функциализированные графен и карбид кремния SiC, двумерные оксиды CO, SiO, GeO, SnO, диоксиды переходных металлов, германия и олова, триоксиды MoO3, WO3, ди- и тригалогениды переходных металлов.
На основе анализа наблюдаемых в эксперименте вольт-амперных характеристик вакуумного диода с инжекцией плазмы поверхностного разряда сделано предположение о том, что первоначально проводящую среду в промежутке «катод-анод» создает ионизация остаточного газа излучением катодного пятна, сформированного на стадии искрового разряда по поверхности диэлектрика. Обнаружены свидетельства справедливости модели аномального ускорения ионов в вакуумном разряде на искровой стадии.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400