В данной работе определены закономерности формирования винтового электронного потока высокого качества в гиротронах и возможности повышения на этой основе их эффективности. Разработан новый метод определения скоростных характеристик электронов в потоке гиротрона и проведено проектирование диагностической секции на основе этого метода для экспериментального гиротрона СПбПУ с частотой генерации 74.2 ГГц и мощностью излучения 100 кВт. Предложен новый метод эффективной пространственной сепарации электронов в отработанном потоке гиротронов, основанный на их радиальном дрейфе в скрещенных продольном электрическом и азимутальном магнитном полях. Представлены результаты проектирования коллекторных систем многоступенчатой рекуперации для гиротронов среднего и высокого уровней мощности, основанных на предложенном методе сепарации. Разработаны и экспериментально обоснованы методы снижения скоростного разброса и подавления паразитных низкочастотных колебаний пространственного заряда при регулировании распределений электрического и магнитного полей в области формирования электронного потока, что позволило повысить КПД гиротрона СПбПУ до 46 % в режиме без рекуперации и до 60 % при одноступенчатой рекуперации остаточной энергии электронов.

In this paper the regularities of formation of the high quality helical electron beam in gyrotrons and possibilities to increase their efficiency on this basis were determined. A new method for determining the velocity characteristics of electrons in the gyrotron beam was developed and the modeling of a diagnostic section based on this method for the experimental SPbPU gyrotron with a generation frequency of 74.2 GHz and a radiation power of 100 kW was carried out. The new method of effective spatial separation of electrons in the spent gyrotron beam based on their radial drift in crossed longitudinal electric and azimuthal magnetic fields was proposed. The results of designing of the multistage recovery systems for medium and high power gyrotrons based on the suggested separation method are presented. Methods of velocity spread reduction and suppression of parasitic low-frequency spatial charge oscillations in the helical electron beam by the optimization of electric and magnetic field distributions in the beam formation region were developed and experimentally tested, which allowed to increase the efficiency of the SPbPU gyrotron to 46% without recuperation and up to 60% with a single-stage recovery of residual electron energy.

• Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого