This study presents the results of a complex physical modeling of a moderate power gyrotron operating at the 4-mm wavelength range. The characteristics of electrodes and magnetic coils in a four-stage recovery collector were optimized taking into account the coordinate and velocity distributions of electrons. These distributions were obtained through a trajectory analysis in the electron optical system and calculation of electron-wave interaction in the gyrotron cavity. To reduce parasitic effects of the bundles of a toroidal solenoid used to create an azimuthal magnetic field in the collector region, a sectioned electron beam was employed. The study demonstrated that the gyrotron's total efficiency of approximately 79 % could be achieved, being close to the maximum efficiency value achievable with separation of electron fractions with different energies, provided that the current of electrons reflected from a collector should not exceed 1% of the total current of an electron beam.

В работе представлены результаты комплексного физического моделирования гиротрона средней мощности, работающего на длине волны 4 мм. Проведена оптимизация характеристик электродов и магнитных катушек в коллекторе с четырехступенчатой рекуперацией с учетом распределения электронов по координатам и скоростям. Эти распределения были получены путем траекторного анализа в электронно-оптической системе и расчета электронно-волнового взаимодействия в резонаторе гиротрона. Для снижения паразитного воздействия связок тороидального соленоида, используемого для создания азимутального магнитного поля в области коллектора, использован секционированный электронный пучок. Исследование показало, что можно получить общий КПД гиротрона около 79 %, что близко к максимальному значению, достижимому при идеальном разделении электронных фракций с разными энергиями, при условии, что ток отраженных от коллектора электронов не должен превышать 1 % от общего тока электронного пучка.

Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Сер.: Физико-математические науки. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2019 -. — Электрон. журнал. — Периодичность: 4 раза в год. — Выходит с 07.2019. — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — Текст: электронный

Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Сер.: Физико-математические науки. — Санкт-Петербург: СПбПУ, 2019 -. Т. 16, № 4, 2023. — 1 файл (12,6 Мб). — Свободный доступ из сети Интернет (чтение, печать, копирование). — <URL:http://elib.spbstu.ru/dl/2/j24-70.pdf>.