Мощные коротковолновые релятивистские генераторы поверхностной волны на основе сверхразмерных двумерно-периодических замедляющих структур цилиндрической геометрии

Перспективными источниками когерентного коротковолнового излучения являются релятивистские черенковские генераторы поверхностной волны, отличительной особенностью которых является замедление основной гармоники поля, что существенно повышает импеданс связи с электронным потоком. К настоящему времени в приборах данного класса в сантиметровом диапазоне длин волн при использовании сильноточных релятивистских электронных пучков (РЭП) получены рекордные значения мощности до 10 ГВт. Однако продвижение генераторов указанного класса в коротковолновую часть сантиметрового и субмиллиметровый диапазоны требует решения сложной задачи селекции мод для поддержания когерентности излучения.В данном проекте предполагается провести теоретическое и экспериментальное исследование новой модификации генераторов поверхностной волны, отличительной особенностью которых является использование двумерно-периодических замедляющих структур вместо традиционных однопериодических. При достаточной глубине модуляции гофрированной поверхности происходит формирование медленных прижатых волн. В подобной волне присутствует компонента (парциальная волна), распространяющаяся в продольном (по отношению к направлению движения частиц) направлении и эффективно возбуждаемая интенсивным прямолинейным РЭП (как и в одномерных аналогах). В то же время в двумерных модификациях замедляющих структур возникают поперечные (азимутальные) потоки электромагнитной энергии, которые обеспечивают синхронизацию излучения различных частей широкого в масштабе длины волны трубчатого электронного пучка и установление режима узкополосной генерации.В рамках теоретической части проекта на основе развитого авторами квазиоптического приближения предполагается провести исследование и моделирование различных схем черенковских генераторов с прямолинейными трубчатыми РЭП, включая сравнение степени пространственной когерентности излучения при использовании канонических одномерно-периодических структур и новой двумерно-периодической модификации. Результаты теоретического анализа в рамках усредненных моделей будут сопоставлены с результатами прямого PIC моделирования в рамках трехмерных коммерческих кодов.На основе теоретического анализа предполагается разработка макетов пространственно-развитых генераторов поверхностной волны мультимегаваттной мощности с двумерно-периодическими замедляющими системами на основе термоэмиссионного ускорителя «Сатурн» 300 кэВ / 300 А / 10 мкс (ИПФ РАН). Экспериментальные исследования мощных генераторов поверхностной волны планируется начать в 8-мм и 4-мм диапазонах длин волн с переходом в более высокочастотные диапазоны по мере получения положительных экспериментальных результатов.