Анотація до роботи:

Щербінін В.І. Циклотронні нестійкості гвинтових електронних пучків у магнітоактивних плазмових хвилеводах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.08. – фізика плазми. – Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2008.

Дисертаційна робота присвячена теоретичним дослідженням впливу фонової плазми в резонаторі гіротрона на електромагнітні властивості резонатора, лінійну та нелінійну стадії збудження високочастотного поля в резонаторі гвинтовим електронним пучком. Особливу увагу приділено випадку, коли плазма є розрідженою, а робочою і конкуруючими модами гіротрона є квазі-ТЕ моди. Показано, що фонова плазма в резонаторі гіротрона спричиняє зменшення резонансних частот квазі-ТЕ мод. Величина зсуву частоти добре узгоджується з експериментально спостереженою величиною. Отримано лінійне рівняння збудження високочастотного поля гвинтовим електронним пучком в резонаторі гіротрона із розрідженим плазмовим наповненням, та чисельно досліджено вплив фонової плазми на лінійні временні інкременти, області нестійкості й стартові струми для квазі-ТЕ мод резонатора. Отримано систему нелінійних рівнянь гіротрона, яка описує стаціонарну одномодову генерацію квазі-ТЕ моди резонатора, заповненого магнітоактивною плазмою, на основі розв’язання якої проведено аналіз змін КПД та вихідної потужності генерації гіротрона під впливом фонової плазми в резонансній структурі генератора.

У дисертаційній роботі теоретично досліджено циклотронну нестійкість гвинтового пучка електронів в циліндричних хвилеводах та резонаторах, які заповнені розрідженою магнітоактивною плазмою. Отримані результати використані для аналізу впливу фонової плазми в резонаторі на роботу гіротрона. Припущення, що фонова плазма є досить розрідженою, а робочою й конкуруючими модами гіротрона є модифіковані плазмою ТЕ моди резонатора (квазі-ТЕ моди) дозволило побудувати теорію плазмонаповненого гіротрона з використанням апробованих моделей і методів аналогічної теорії вакуумних гіротронів. Основна увага в роботі приділена дослідженням модифікації робочих характеристик потужних безперервних гіротронів для сучасних термоядерних установок під впливом плазми.

Основні результати і висновки даної роботи можна сформулювати так:

1. Розглянуто деякі особливості дисперсійних властивостей високочастотних електромагнітних мод циліндричного хвилеводу, повністю заповненого магнітоактивною плазмою малої густини. Отримано дисперсійні рівняння для двох типів гібридних мод і показано, що перезамкнення дисперсійних кривих мод цих типів є однією з причин звивистого характеру дисперсійних кривих в хвилеводах з магнітоактивною плазмою. Також було аналітично показано, що в смузі частот розташовано нескінченне число дисперсійних кривих.

2. Встановлено, що присутність фонової плазми в резонаторі гіротрона спричиняє зменшення резонансних частот. Зменшення власних частот резонатора обумовлено зниженням частот відсічення ТЕ мод під впливом плазми. Розраховане зменшення частоти знаходиться в добрій відповідності із експериментально спостереженою величиною.

3. Отримано дисперсійне рівняння, яке описує лінійну стадію взаємодії потоку електронних осциляторів із квазі-ТЕ хвилею циліндричного хвилеводу, заповненого магнітоактивною плазмою. З його використанням було розраховано зміни лінійних інкрементів і областей циклотронної нестійкості квазі-ТЕ мод під впливом плазми.

4. Розглянуто лінійну стадію збудження квазі-ТЕ мод гвинтовим електронним пучком у резонаторі гиротрона із фоновою плазмою і досліджено вплив плазми на стартові струми для цих мод.

5. Отримано систему нелінійних рівнянь, що описує стаціонарну одномодову генерацію квазі-ТЕ мод у резонаторі гіротрона з плазмовим наповненням. З її використання було визначено вплив фонової плазми на ККД та потужність гіротрона.

6. Знайдено, що вплив плазми на лінійний інкремент наростання коливань, область нестійкості, стартовий струм, ККД генерації для робочої моди гіротрона, обумовлений, індукованими плазмою, ефектами зменшення резонансної частоти та коефіцієнта зв'язку пучка з хвилею.

Публікації автора:

1. Загинайлов Г.И., Щербинин В.И., Шунеманн К. Некоторые особенности дисперсионных свойств волноводов, заполненных плазмой, находящейся в конечном магнитном поле // Физика плазмы. - 2005. - том 31, № 7. - C. 647-654.

2. Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I., Schuenemann K., M. Thumm M. Influence of background plasma on electromagnetic properties of “cold” gyrotron cavity // IEEE Trans. Plasma Sci. – 2006. - Vol. 34, № 3. - P. 512-517

3. Загинайлов Г.И., Щербинин В.И., Шунеманн К. Линейная теория электронной циклотронной неустойчивости электромагнитных волн в волноводе с магнитоактивной плазмой// Физика плазмы. - 2007. - Том.33, № 8. - С.701–710.

4. Schuenemann K., Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I. Theoretical background of electron cyclotron plasma maser // Conf. Record-Abstracts of the IEEE Int. Conf. on Plasma Science, May 26-30, 2002, Banff, Canada. – 2002. - P. 98.

5. Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I., Schuenemann K. Investigation of probable plasma influence on the operation of the 1 MW 140 GHz CW gyrotron at FZK // Proceedings of the Int. Conf. Displays and Vacuum Electronics, May 3-4, 2004, Garmisch-Partenkirchen, Germany, - 2004. - P. 75-80.

6. Zaginaylov G.I., Shcherbinin V.I., Schuenemann K. Plasma influence on electromagnetic properties of gyrotron cavity // Proceedings of the Int. Conf. Mathematical Methods in Electromagnetic Theory, September 14-17, 2004, Dniepropetrovsk , Ukraine. – 2004. - P.217-219.