RU2216066C2

RU2216066C2 - Relativistic magnetron

Info

Publication number: RU2216066C2
Application number: RU2001126605/09A
Authority: RU
Inventors: И.И. Винтизенко; Г.П. Фоменко
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2003-11-10

Abstract

FIELD: generation of heavy-power microwave radiation pulses. SUBSTANCE: novelty is that N grounded multiple-resonator anode units incorporating one or more waveguide power leads and N coaxially arranged cathode units are disposed in tandem on common axis. Cathodes are connected through cathode holder to negative lead of power supply. Relativistic magnetron has drift tube and magnetic system that has N + 1 magnetic coils with waveguide power leads passed inbetween. EFFECT: enhanced efficiency of device due to reduced end current. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области релятивистской высокочастотной электроники и может быть использовано для генерации сверхмощного СВЧ излучения. Практическое использование СВЧ излучения предъявляет требования достижения максимальной мощности прибора за счет высокой эффективности преобразования энергии электронного пучка в энергию СВЧ колебаний. Эту проблему позволяет решить в определенной степени предлагаемое устройство. The invention relates to the field of relativistic high-frequency electronics and can be used to generate heavy-duty microwave radiation. The practical use of microwave radiation makes it necessary to achieve maximum power of the device due to the high efficiency of converting the electron beam energy into microwave energy. This problem can be solved to a certain extent by the proposed device.

Известно устройство - релятивистский магнетрон, состоящий из многорезонаторного анодного блока с одним или несколькими волноводными выводами мощности, цилиндрической трубы дрейфа с внутренним диаметром, превышающим внутренний диаметр анодного блока и магнитной системы. Коаксиально анодному блоку расположен катод, связанный посредством катододержателя с отрицательным выводом источника питания [Винтизенко И.И. и др. Экспериментальные исследования разнорезонаторного сильноточного магнетрона. Письма в ЖТФ, 1983, т. 9, 8, с.482-485]. В качестве источника питания релятивистского магнетрона используются сильноточные электронные ускорители. В данных конструкциях анодный блок и труба дрейфа заземлены, а на катод подается импульс отрицательной полярности длительностью 50-200 нс, амплитудой до 1000 кВ. В скрещенных электрическом радиальном поле между катодом и анодным блоком и продольном магнитном поле, создаваемом магнитной системой, электроны эмитированные под действием взрывной электронной эмиссии осуществляют движение в двух направлениях. Как в классическом магнетроне электроны, вращаясь азимутально в "спицах", отдают потенциальную энергию в энергию СВЧ излучения, радиально дрейфуя к анодному блоку. В осевом направлении устройства движутся электроны торцевого тока, эмитированные торцом катода. Этот ток образован действием скрещенных краевого электрического поля и продольного магнитного поля. Электроны торцевого тока оседают на поверхность трубы дрейфа в области спадающего магнитного поля. A device is known - a relativistic magnetron, consisting of a multiresonator anode block with one or more waveguide power leads, a cylindrical drift tube with an inner diameter exceeding the inner diameter of the anode block and the magnetic system. Coaxial to the anode block is a cathode connected by means of a cathode holder with a negative output of a power source [I. Vintizenko et al. Experimental studies of a multi-resonator high-current magnetron. Letters to the ZhTF, 1983, v. 9, 8, p. 488-485]. High-current electron accelerators are used as a power source for the relativistic magnetron. In these designs, the anode block and the drift tube are grounded, and a negative polarity pulse of 50–200 ns duration and amplitude up to 1000 kV is supplied to the cathode. In a crossed radial electric field between the cathode and the anode block and the longitudinal magnetic field created by the magnetic system, the electrons emitted by the explosive electron emission move in two directions. As in a classical magnetron, electrons rotating azimuthally in the "spokes" give off potential energy to the energy of microwave radiation, radially drifting to the anode block. In the axial direction of the device, the end-face electrons emitted by the end of the cathode move. This current is formed by the action of a crossed edge electric field and a longitudinal magnetic field. The electrons of the end current are deposited on the surface of the drift tube in the region of a decreasing magnetic field.

Величина торцевого тока магнетрона, равного току инжекции электронов с торца катода, составляет:

где m, е - масса и заряд электрона, с - скорость света; γ_a = 1+eU/mc²;

U - прикладываемое напряжение между катодом и анодом; d_м - внутренний диаметр анодного блока; d_k - внешний диаметр катода [Федосов А. И. К расчету характеристик электронного пучка, формируемого в диодах с магнитной изоляцией. Изв. ВУЗов, Физика, 1977, 10, с.134-135]. Для ограничения тока, уходящего из пространства взаимодействия, используются трубы дрейфа увеличенного диаметра по сравнения с внутренним диаметром анодного блока [Сулакшин А.С. Ограничение утечки тока из пространства взаимодействия релятивистского магнетрона. ЖТФ, 1983, т.53, 11, с.2286-2288]. В этом случае [Богданкевич Л.С., Рухадзе А.А. Устойчивость релятивистских электронных пучков в плазме и проблема критических токов. Успехи физических наук, 1971, т. 133, 4, с.603-640] величина торцевого тока ограничена на уровне предельного тока транспортировки:

где d_т - внутренний диаметр трубы дрейфа/
Однако в случае применения труб дрейфа диаметром, в несколько раз превышающим внутренний диаметр анодного блока, инжектируемый ток начинает превышать предельный ток транспортировки трубы дрейфа. Известно, что при инжекции в трубу дрейфа тока больше критического значения на некотором расстоянии от плоскости инжекции образуется виртуальный катод. Часть тока (I_инж-I_торц) отражается от виртуального катода и возвращается в катод-анодный промежуток. Электроны отраженного тока могут попасть в правильную фазу "спицы" и отдать свою энергию электромагнитной волне. Неправильнофазные электроны возвращаются на катод, отбирая энергию у электромагнитной волны. Использование труб дрейфа большого диаметра позволяет повысить эффективность работы релятивистского магнетрона. КПД такого релятивистского магнетрона можно представить в следующем виде:

где h_е≈0,6 - электродный КПД магнетрона, определяемый его геометрическими параметрами (количеством и размерами резонаторов и т.д.).The magnitude of the end current of the magnetron, equal to the current of electron injection from the end of the cathode, is:

where m, e is the mass and charge of the electron, c is the speed of light; γ _a = 1 + eU / mc ² ;

U is the applied voltage between the cathode and the anode; d _m is the inner diameter of the anode block; d _k is the outer diameter of the cathode [Fedosov A. I. To the calculation of the characteristics of the electron beam formed in diodes with magnetic insulation. Izv. Universities, Physics, 1977, 10, p.134-135]. To limit the current leaving the interaction space, drift pipes of increased diameter are used in comparison with the inner diameter of the anode block [A. Sulakshin Limiting the leakage of current from the interaction space of a relativistic magnetron. ZhTF, 1983, v. 53, 11, pp. 2286-2288]. In this case [Bogdankevich L.S., Rukhadze A.A. Stability of relativistic electron beams in plasma and the problem of critical currents. Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1971, v. 133, 4, p. 603-640] the value of the end current is limited at the level of the limiting transportation current:

where d _t is the inner diameter of the drift pipe /
However, in the case of using drift pipes with a diameter several times larger than the inner diameter of the anode block, the injected current begins to exceed the limiting current of transporting the drift pipe. It is known that upon injection into a current drift tube more than a critical value at a certain distance from the injection plane, a virtual cathode is formed. A portion of the current (I _Ing –I _end ) is reflected from the virtual cathode and returns to the cathode – anode gap. The electrons of the reflected current can get into the correct phase of the "spoke" and give their energy to the electromagnetic wave. Wrong-phase electrons return to the cathode, taking energy from the electromagnetic wave. The use of drift pipes of large diameter can improve the efficiency of the relativistic magnetron. The efficiency of such a relativistic magnetron can be represented as follows:

where h _e ≈0.6 is the electrode efficiency of the magnetron, determined by its geometrical parameters (number and size of resonators, etc.).

Для реальных размеров используемого нами магнетрона d_м=43 мм и d_k=18 мм (величина d_k подбиралась экспериментально) и напряжения U~1000 кВ величина I_торц≈6,37 кА, I_анодн≈кА (при мощности СВЧ излучения на уровне 1 ГВт) и общий КПД прибора составляет 26,4% согласно выражению (3).For the actual dimensions of the magnetron used by us, d _m = 43 mm and d _k = 18 mm (the value of d _{k was} selected experimentally) and the voltage U ~ 1000 kV, the value I _end ≈ 6.37 kA, I _anode ≈ kA (at a microwave radiation power of 1 GW) and the overall efficiency of the device is 26.4% according to expression (3).

Недостатком этого устройства являются большие потери тока в осевом направлении, снижающие эффективность релятивистского магнетрона. Другой недостаток релятивистского магнетрона связан с ограничениями выводимой импульсной мощности за счет развития СВЧ пробоев в волноводном выводе мощности. The disadvantage of this device is the large current loss in the axial direction, which reduces the efficiency of the relativistic magnetron. Another drawback of the relativistic magnetron is associated with the limitations of the output pulsed power due to the development of microwave breakdowns in the waveguide power output.

Наиболее близкое к предлагаемому устройству выбрано за прототип [Levine J. S. , Aiello N.. Bemford J., Harteneck В. Design and operation of a module of phase-locked relativistic magnetrons. J. Appl. Phys., 1991, v,70, N 5, p. 2838-2848] . Этот релятивистский магнетронный генератор содержит от 3 до 7 модулей. Каждый модуль состоит из заземленного многорезонаторного анодного блока с коаксиально расположенным относительно блока катодом и трубы дрейфа. Катоды модулей связаны общим катододержателем с отрицательным выводом источника питания. Все модули помещены внутрь общей магнитной системы из двух магнитных катушек большого диаметра. Анодные блоки могут иметь один или несколько волноводных выводов мощности, (максимальное количество выводов соответствует числу резонаторов анодного блока). Некоторые волноводные выводы мощности отдельных модулей могут быть соединены отрезками волноводов между собой и используются для синхронизации по фазе электромагнитных колебаний отдельных модулей. Другие выводы мощности предназначены для излучения электромагнитных колебаний в свободное пространство. Однако выводы мощности модулей могут быть не связаны между собой, - в этом случае отдельные модули работают независимо друг от друга. Closest to the proposed device is selected for the prototype [Levine J. S., Aiello N. .. Bemford J., Harteneck B. Design and operation of a module of phase-locked relativistic magnetrons. J. Appl. Phys., 1991, v. 70, No. 5, p. 2838-2848]. This relativistic magnetron generator contains from 3 to 7 modules. Each module consists of a grounded multi-cavity anode block with a cathode coaxially located relative to the block and a drift pipe. The cathodes of the modules are connected by a common cathode holder with a negative output of the power source. All modules are placed inside a common magnetic system of two large-diameter magnetic coils. Anode blocks can have one or several waveguide power leads, (the maximum number of conclusions corresponds to the number of resonators of the anode block). Some waveguide power outputs of individual modules can be connected by segments of waveguides to each other and are used to synchronize the phase of the electromagnetic oscillations of individual modules. Other power outputs are designed to emit electromagnetic waves into free space. However, the power outputs of the modules may not be interconnected - in this case, the individual modules operate independently of each other.

Магнетронный генератор работает аналогично рассмотренному выше случаю релятивистского магнетрона, поскольку представляет собой параллельное соединение отдельных магнетронов. Предварительно с использованием отдельного источника питания и магнитной системы создается продольное магнитное поле. На катододержатель и на механически и электрически связанные с ним катоды подается импульс высокого напряжения от источника питания отрицательной полярности длительностью 50-200 нc, амплитудой до 1000 кВ. В каждом модуле в скрещенных электрическом радиальном поле между катодом и анодным блоком и продольном магнитном поле магнитной системы, электроны, эмитированные под действием взрывной электронной эмиссии, осуществляют движение в двух направлениях. Электроны, вращаясь азимутально в "спицах", отдавая свою энергию в энергию СВЧ излучения, осуществляют радиальный дрейф к анодному блоку. В осевом направлении устройства движутся электроны торцевого тока, эмитированные торцом катода. Этот ток образован действием скрещенных краевого электрического поля и продольного магнитного поля. Электроны торцевого тока оседают на поверхность трубы дрейфа в области спадающего магнитного поля. The magnetron generator works similarly to the case of the relativistic magnetron considered above, since it is a parallel connection of individual magnetrons. Previously, using a separate power source and a magnetic system, a longitudinal magnetic field is created. A high voltage pulse is supplied to the cathode holder and to the cathodes mechanically and electrically connected to it from a negative polarity power supply with a duration of 50-200 ns and an amplitude of up to 1000 kV. In each module, in a crossed electric radial field between the cathode and the anode block and the longitudinal magnetic field of the magnetic system, the electrons emitted under the influence of explosive electron emission carry out motion in two directions. Electrons rotating azimuthally in the "spokes", giving their energy to the energy of microwave radiation, carry out a radial drift to the anode block. In the axial direction of the device, the end-face electrons emitted by the end of the cathode move. This current is formed by the action of a crossed edge electric field and a longitudinal magnetic field. The electrons of the end current are deposited on the surface of the drift tube in the region of a decreasing magnetic field.

Величина торцевого тока каждого модуля определяется согласно выражению (1), а общий торцевой ток равен:
I_Сумм _торц=I_торц•N, (4)
где N - число модулей. Величина КПД магнетронного генератора сохранится на прежнем уровне, поскольку в соответствии с формулой (3) увеличивается в N раз и величина анодного тока:

Поскольку число выводов мощности возросло кратно числу модулей, выходная мощность распределилась равномерно по всем выводам. Можно отметить, что данный магнетронный генератор позволяет устранить проблему СВЧ пробоев в волноводных выводах мощности, сохраняя при этом относительно невысокий КПД релятивистского магнетрона (26,4%). Недостатком этого устройства являются большие потери тока в осевом направлении, снижающие эффективность магнетронного генератора. Поэтому проблема повышения КПД магнетрона за счет уменьшения торцевого тока не теряет своей актуальности.The value of the end current of each module is determined according to expression (1), and the total end current is:
I _Sum _butt = I _butt • N, (4)
where N is the number of modules. The magnitude of the efficiency of the magnetron generator will remain at the same level, since, in accordance with formula (3), the value of the anode current also increases by a factor of N:

Since the number of power pins increased by a multiple of the number of modules, the output power was distributed evenly across all pins. It can be noted that this magnetron generator eliminates the problem of microwave breakdowns in the waveguide power outputs, while maintaining a relatively low efficiency of the relativistic magnetron (26.4%). The disadvantage of this device is the large current loss in the axial direction, which reduces the efficiency of the magnetron generator. Therefore, the problem of increasing the efficiency of the magnetron by reducing the end current does not lose its relevance.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение коэффициента полезного действия релятивистского магнетрона. Техническим результатом - уменьшение потерь торцевого тока. Для повышения эффективности работы магнетрона предлагается устройство - релятивистский магнетрон, содержащий как и прототип N модулей из заземленных многорезонаторных анодных блоков с N коаксиально расположенными им катодами, с одним или несколькими волноводными выводами мощности. Катоды модулей соединены посредством катододержателя с отрицательным выводом источника питания. Также имеется труба дрейфа и магнитная система. В отличие от прототипа катоды, многорезонаторные анодные блоки, магнитная система, катододержатель, катоды и труба дрейфа находятся на одной оси, магнитная система состоит из N+1 магнитных катушек, между которыми расположены волноводные выводы мощности. Таким образом, в отличие от прототипа используется одна, а не N труб дрейфа, позволяя в N раз сократить торцевой ток потерь. The task of the invention is to increase the efficiency of a relativistic magnetron. The technical result is a reduction in end-current losses. To increase the efficiency of the magnetron, a device is proposed - a relativistic magnetron, which contains, like the prototype, N modules of earthed multi-cavity anode blocks with N cathodes located coaxially with one or more waveguide power leads. The cathodes of the modules are connected by means of a cathode holder with a negative output of the power source. There is also a drift tube and a magnetic system. Unlike the prototype cathodes, multi-cavity anode blocks, a magnetic system, a cathode holder, cathodes and a drift tube are on the same axis, the magnetic system consists of N + 1 magnetic coils, between which are located the waveguide power leads. Thus, in contrast to the prototype, one and not N drift pipes are used, allowing N-fold reduction of the end current loss.

Устройство изображено на чертеже и содержит N заземленных многорезонаторных анодных блоков 1 с одним или несколькими волноводными выводами мощности 2, N коаксиально расположенных анодным блокам катодов 3, соединенных посредством катододержателя 4 с отрицательным выводом источника питания 5, трубу дрейфа 6 и магнитную систему 7 из N+1 катушки. The device is shown in the drawing and contains N grounded multiresonator anode blocks 1 with one or more waveguide leads of power 2, N coaxially located to the anode blocks of cathodes 3 connected by a cathode holder 4 to the negative lead of the power source 5, the drift tube 6 and the magnetic system 7 of N + 1 coil.

Многорезонаторные анодные блоки 7 электрически и механически соединены между собой и с трубой дрейфа 6, подключены к земляному потенциалу источника питания 5. Катоды 3 соединены между собой, а также с отрицательным выводом источника питания 5 посредством катододержателя 4. Для создания продольного магнитного поля используется магнитная система 7, состоящая из N+1 катушек, запитываемых от отдельного источника питания (не показан). Между катушками расположены волноводные выводы мощности 2. Волноводные выводы мощности разных анодных блоков могут быть связаны между собой отрезками волноводов (не показаны). Как следует из чертежа, конструктивно анодные блоки расположены последовательно, однако для источника питания электрически они представляют собой параллельное соединение. The multi-cavity anode blocks 7 are electrically and mechanically connected to each other and to the drift pipe 6, connected to the earth potential of the power source 5. The cathodes 3 are connected to each other, as well as to the negative output of the power source 5 by means of a cathode holder 4. A magnetic system is used to create a longitudinal magnetic field 7, consisting of N + 1 coils powered from a separate power source (not shown). Between the coils there are waveguide leads of power 2. Waveguide leads of power of different anode blocks can be interconnected by segments of waveguides (not shown). As follows from the drawing, structurally the anode blocks are arranged in series, however, for the power source, they are electrically a parallel connection.

Устройство работает следующим образом. Предварительно включается источник питания магнитной системы (импульсный или постоянный). Затем от источника питания 5 магнетронного генератора в момент, когда ток магнитной системы 7 достиг максимального значения, подается импульс высокого напряжения отрицательной полярности по катододержателю 4 на катоды 3. Под действием высокой напряженности электрического поля (более 10⁵ В/см) между катодами 3 и многорезонаторными анодными блоками 1 на поверхности катодов образуется взрывная электронная эмиссия [Литвинов Е.А. и др. Автоэмиссионные и взрывоэмиссионные процессы при вакуумных разрядах. Успехи физ. наук. 1983, т. 139, с.265-302]. В скрещенных электрическом радиальном поле между катодами и анодами и продольном магнитном поле магнитной системы электроны, эмитированные с поверхности катодов, сгруппировавшись в "спицы", осуществляют радиальный дрейф (также как и в классическом магнетроне). При радиальном дрейфе электронов происходит преобразование потенциальной энергии электронов в энергию СВЧ излучения в каждом отдельном модуле. Вывод СВЧ излучения осуществляется волноводными выводами мощности. Причем выводы мощности отдельных модулей могут быть соединены между собой отрезками волноводов (не показаны), осуществляя тем самым синхронизацию по фазе электромагнитных колебаний в модулях. Скрещенные краевое электрическое поле, образующиеся в первом анодном блоке (отсчет ведется от источника питания) и продольное магнитное поле магнитной системы приводят к появлению торцевого тока. Во-первых, этот торцевой ток мал по сравнению со случаем обычного релятивистского магнетрона, т.к. напряженность краевого электрического поля имеет меньшую величину. Связано это с наличием проходящего по оси всей системы катододержателя, являющегося продолжением катодов для 1...N-1 анодных блоков. Во-вторых, в отличие от прибора-прототипа электроны торцевого тока, образованного в первом анодном блоке, инжектируются в пространство между вторым многорезонаторным блоком и коаксиальным ему катодом. При попадании в область правильных фаз электроны начнут передавать свою энергию СВЧ полю, неправильнофазные электроны будут осаждаться на поверхность катода. Данный механизм подобен тому, который реализуется при использовании труб дрейфа большого диаметра в релятивистском магнетроне. Электроны торцевого тока второго модуля попадают в пространство взаимодействия третьего модуля, где принимают участие наряду с взрывоэмиссионными электронами третьего катода в энергообмене с СВЧ полем анодного блока. Процессы протекают аналогично во всех N-1 модулях релятивистского магнетрона. Только в последнем N-м модуле имеются потери торцевого тока величиной, определяемой формулой (2). Для предлагаемого релятивистского магнетрона КПД составит:

При мощности СВЧ излучения каждого модуля (N=7) на уровне 1 ГВт величина анодного тока составит I_анода≈5 кА и общий КПД 50,8%. Таким образом, практическая реализация предлагаемого релятивистского магнетрона за счет конструктивного последовательного соединения отдельных модулей при всех прочих равных условиях позволяет значительно увеличить общий КПД устройства за счет сокращения потерь торцевого тока.The device operates as follows. The power source of the magnetic system (pulse or constant) is first turned on. Then, from the power source 5 of the magnetron generator at the moment when the current of the magnetic system 7 reaches its maximum value, a high voltage pulse of negative polarity is fed through the cathode holder 4 to the cathodes 3. Under the action of a high electric field strength (more than 10 ⁵ V / cm) between the cathodes 3 and multicavity anode blocks 1 on the surface of the cathodes formed explosive electron emission [Litvinov EA etc. Auto-emission and explosion-emission processes in vacuum discharges. Success physical. sciences. 1983, t. 139, s. 265-302]. In the crossed radial electric field between the cathodes and anodes and the longitudinal magnetic field of the magnetic system, the electrons emitted from the surface of the cathodes, grouped into "spokes", carry out radial drift (as in the classical magnetron). With radial electron drift, the potential energy of electrons is converted into microwave energy in each individual module. The output of microwave radiation is carried out by waveguide power outputs. Moreover, the power outputs of individual modules can be interconnected by segments of waveguides (not shown), thereby realizing phase synchronization of electromagnetic oscillations in the modules. The crossed edge electric field generated in the first anode block (counting is from the power source) and the longitudinal magnetic field of the magnetic system lead to the appearance of an end current. Firstly, this end current is small compared to the case of a conventional relativistic magnetron, because the intensity of the edge electric field has a smaller value. This is due to the presence of a cathode holder passing along the axis of the entire system, which is a continuation of the cathodes for 1 ... N-1 anode blocks. Secondly, unlike the prototype device, the end current electrons formed in the first anode block are injected into the space between the second multi-cavity block and the cathode coaxial to it. When the correct phases enter the region, the electrons will begin to transfer their energy to the microwave field, and the wrong-phase electrons will be deposited on the cathode surface. This mechanism is similar to that which is realized when large diameter drift tubes are used in a relativistic magnetron. The end-face electrons of the second module fall into the interaction space of the third module, where along with the third-cathode explosion-emission electrons they participate in energy exchange with the microwave field of the anode block. The processes proceed similarly in all N-1 modules of the relativistic magnetron. Only in the last N-th module there are end-current losses by the value determined by formula (2). For the proposed relativistic magnetron, the efficiency is:

When the microwave radiation power of each module (N = 7) is 1 GW, the anode current will be I _anode ≈5 kA and the overall efficiency is 50.8%. Thus, the practical implementation of the proposed relativistic magnetron due to the constructive serial connection of individual modules, all other things being equal, can significantly increase the overall efficiency of the device by reducing the loss of end current.

Примером конкретного выполнения релятивистского магнетрона является разработанный проект для испытания подобного устройства на сильноточном электронном ускорителе "Тонус-1" при напряжении на катододержателе 1000 кВ. Катододержатель имеет диаметр 10 мм, на котором в области анодных блоков размещены катоды диаметром 18 мм. Длина многорезонаторных анодных блоков составляет 72 мм и равна ширине волноводного вывода мощности. Указанный размер плюс толщина стенок волновода определяют расстояние между катушками магнитного поля. Катушки имеют ширину 120 мм, внешний диаметр 480 мм, внутренний диаметр 159 мм. Обмотка катушек выполнена из полой медной шинки сечением 13х13 мм²с центральным отверстием диаметром 5 мм для протекания охлаждающей воды. Магнитная система запитывается от источника постоянного тока и создает магнитное поле индукцией до 1,5 Тл в пространстве взаимодействия модулей. На первом этапе исследований планируется использование двух модулей и магнитной системы из 3 катушек и ожидается увеличение эффективности работы магнетронного генератора в соответствие с (6) для N=2 в 1,38 раза при равных геометрических размерах магнетронов, трубы дрейфа, радиусов катода и соответствующем напряжении ускорителя и индукции магнитного поля.An example of a specific implementation of a relativistic magnetron is a developed project for testing such a device on a high-current electronic accelerator Tonus-1 at a voltage on the cathode holder of 1000 kV. The cathode holder has a diameter of 10 mm, on which cathodes with a diameter of 18 mm are placed in the region of the anode blocks. The length of the multi-cavity anode blocks is 72 mm and is equal to the width of the waveguide power output. The indicated size plus the wall thickness of the waveguide determines the distance between the coils of the magnetic field. Coils have a width of 120 mm, an outer diameter of 480 mm, an inner diameter of 159 mm. The coil winding is made of a hollow copper bar with a cross section of 13x13 mm ² with a central hole of 5 mm diameter for the flow of cooling water. The magnetic system is powered by a direct current source and creates a magnetic field by induction up to 1.5 T in the interaction space of the modules. At the first stage of the study, it is planned to use two modules and a magnetic system of 3 coils and it is expected that the efficiency of the magnetron generator will increase in accordance with (6) for N = 2 by 1.38 times with equal geometric dimensions of magnetrons, drift tubes, cathode radii, and corresponding voltage accelerator and magnetic field induction.

Claims

A relativistic magnetron containing a magnetic system, grounded and connected to the positive output of the power source, a drift pipe, N multi-cavity anode blocks with one or more waveguide power leads each, N coaxially located to the anode blocks of the cathodes connected by a cathode holder with a negative output of the power source, characterized in that the multi-cavity anode blocks, the magnetic system, the cathode holder, the cathodes and the drift tube are located on the same axis, the magnetic system consists of N +1 magnetic coils, between which are located the waveguide power leads.