Генерация мощных СВЧ-импульсов

Генерация мощных СВЧ-импульсов – одна из приоритетных задач в области ядерной физики, которую в 1970-х – 1980-х гг. решали ученые Томского политехнического института. Одна из первых проблем, решаемых на электронном ускорителе «Тонус», была проблема создания мощных СВЧ-генераторов с помощью сильноточных релятивистских электронных пучков (СРЭП).

Исследования в ТПИ

Прибор, который был исследован, - мазер на циклотронном резонансе (МЦР), где была получена мощность на уровне 1,5 ГВт в десятиметровом диапазоне, был один из первых в СССР.

В последующем были разработаны мощные релятивистские магнетроны, генерирующие излучение в 10- и 3- сантиметровом диапазоне частот. На 10-сантиметровом магнетронном генераторе была получена мощность СВЧ-излучения порядка 10 ГВт, а КПД прибора составлял около 40%.

В конце 70-х и начале 80-х гг. начались исследования по получению мощного СВЧ-излучения в триодных генераторах на основе виртуального катода. При малых дозах эти приборы имели очень низкую эффективность. Второе рождение данные устройства получили с появлением сильноточных релятивистских электронных пучков. Применение СРЭП в триодных генераторах позволило существенно повысить КПД и уровень выходной мощности. Преимущество их состоит в том, что они генерируют мощное радиоизлучение в широком диапазоне частот.

На протяжении ряда лет велись работы по черенковским генераторам. Рассматривались вопросы улучшения энергетических характеристик приборов, продвижение в коротковолновый диапазон. Исследовались сверхразмерные замедляющие структуры в виде волноводов, заполненных диэлектриком.

Так, например, в генераторах дифракционного излучения получено электромагнитное излучение на длине волны 8 мм с импульсной мощностью порядка 400 МВт. Теоретически и экспериментально исследованы черенковские приборы, использующие в качестве замедляющих систем диэлектрик. Эти работы позволили существенно поднять электрическую прочность генераторов и продвинуться в миллиметровый диапазон длин волн. Сотрудниками института впервые в стране был исследован мощный генератор на аномальном эффекте Доплера. Был достигнут уровень мощности порядка 300 МВт.

Литература

Становление и развитие научных школ Томского политехнического университета: Исторический очерк/под ред. Ю.П. Похолкова, В.Я. Ушакова. – Томск: ТПУ, 1996. – 249 с.