Abstract
In this paper we compared the efficiency of the cylindrical, conical, and biconical types of gyrotron resonators. Based on the results of comparing the three studied variants of gyrotron profile, it was concluded that the regular-type profile is the least efficient. This type of a resonator made it possible to achieve the level of efficiency of only 23 %, which can be increased in the regular-waveguide gyrothrons only through several modes or by recovering the electrons on the collector. The medium efficiency option is the biconical profile of the resonator. Its efficiency accounted for 42 %. Through a scientific study we revealed an increase in the efficiency for gyrotrons with conical resonators from 23 to 50 % in the TE01 wave. It is worth mentioning that obtaining such efficiency requires phase grouping of the electrons in an increasing high-frequency field by means of an electromagnetic field with further selection of energy from the electron beam in a strong decaying electromagnetic field. The efficiency of 50 % exceeds significantly that of a gyrotron with a regular cavity profile of ~30 %. The gyrotron efficiency for a waveguide profile with a conical resonator and with recovery on the collector can reach 80 %. To carry out the calculations, the KEDR software package was used, and the optimization of the gyrotron parameters, in particular, was carried out using the GYRO-K software. This software has several advantages over other similar options based on the “PIC” code. GYRO-K makes it possible to obtain a high convergence rate when solving boundary value problems, as well as to solve the problem of optimizing the waveguide profile of gyroresonance devices with an acceptable computational burden. Conical cavity gyrotrons can be widely used in industry to create effective gyrotrons for spectroscopy, diagnostics of various media, and for technological needs.
Highlights
Обзор современного состояния гиротронов для технологических нужд средней мощности порядка нескольких киловатт, приведенный в [1], показывает, что средний КПД составляет 20–30 %
Чтобы добиться больших значений КПД гиротрона с цилиндрическим резонатором на волне Н01, на первой гармонике циклотронной частоты необходимо достичь высокой плотности фазового сгустка электронов путем фазовой группировки спирализированного электронного пучка посредством постепенного увеличения уровня высокочастотного электромагнитного поля
Из этого можно сделать вывод, что биконический резонатор имеет более высокий КПД по сравнению с регулярным резонатором, но уступает по коэффициенту полезного действия гиротрону с коническим профилем
Summary
Данный вид резонатора позволил достичь уровня коэффициента полезного действия лишь в 23 %. Повысить коэффициент полезного действия в гиротронах с регулярным волноводом можно только за счет наличия нескольких мод или с помощью рекуперациии электронов на коллекторе. Средним вариантом по коэффициенту полезного действия является биконический профиль резонатора. При проведении научного исследования было выявлено увеличение коэффициента полезного действия для гиротронов с коническими резонаторами с 23 до 50 % на волне TE01. Что для получения такого коэффициента полезного действия необходимо производить группировку электронов по фазе в нарастающем высокочастотном поле посредством электромагнитного поля с дальнейшим отбором энергии у электронного потока в сильном спадающем электромагнитном поле. Коэффициент полезного действия, достигающий 50 %, существенно выше коэффициента полезного действия гиротрона с регулярным профилем резонатора ~30 %. Коэффициент полезного действия гиротрона для профиля волновода с коническим резонатором и с рекуперацией на коллекторе может достигать уровня в 80 %. Belarusian State University of nformatics and Radioelectronics (Minsk, Republic of Belarus)
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
