Мощные пространственно-развитые черенковские мазеры планарной геометрии с двумерной распределенной обратной связью

Концепция сверхмощных импульсных пространственно-развитых генераторов разрабатывается в течение ряда лет в сотрудничестве ИПФ РАН и ИЯФ СО РАН. Оригинальным подходом в данной концепции является использование сильноточных ленточных релятивистских электронных пучков (РЭП) и планарной геометрии пространства взаимодействия, которая позволяет наращивать полную мощность генератора путем увеличения одного из его поперечных размеров при сохранении умеренных плотностей тока и потоков электромагнитной энергии. При этом пространственная когерентность излучения в условиях существенной сверхразмерности достигается путем использования двумерной распределенной обратной связи (РОС).Проведенные к настоящему времени теоретические исследования продемонстрировали высокие потенциальные возможности двумерной РОС для получения мощного узкополосного излучения в различных типах релятивистских мазеров при использовании РЭП, поперечные размеры которых на порядок и более превосходят длину волны. Работоспособность нового механизма обратной связи подтверждена экспериментально в мазерах на свободных электронах (МСЭ) при рекордных для данного класса генераторов поперечных размерах системы (до 50 длин волн) и уровне выходной мощности ~ 50 - 100 МВт.В рамках данного проекта предполагается развитие концепции двумерной РОС применительно к релятивистским мазерам планарной геометрии, запитываемым сильноточными ленточными РЭП и основанным на черенковском механизме электронно-волнового взаимодействия. В отличие от МСЭ, генераторы данного типа основаны на использовании прямолинейно движущихся РЭП, что существенно упрощает систему их формирования и транспортировки, а также значительно снижает требования к разбросу параметров частиц. В результате, черенковский механизм взаимодействия допускает использование более интенсивных РЭП по сравнению с МСЭ и, таким образом, дальнейшее увеличение выходной мощности излучения в совокупности с перспективой продвижения в более коротковолновые диапазоны вплоть до субмиллиметрового.В рамках Проекта будет проведен теоретический анализ и компьютерное моделирование (включая полное трехмерное моделирование) новых схем пространственно-развитых релятивистских черенковских мазеров, разработаны проекты генераторов с рекордным уровнем сверхразмерности и выходной мощности (вплоть до cубгигаваттного и гигаваттного уровня в коротковолновой части миллиметрового диапазона и ~ 10 - 100 МВт в субмиллиметровом диапазоне длин волн), реализованы их прототипы и экспериментально исследованы в полномасштабных тестах на основе микросекундного сильноточного комплекса «ЭЛМИ» (ИЯФ СО РАН).Таким образом, успешное выполнение проекта позволит осуществить дальнейшее развитие концепции сверхмощных генераторов с двумерной РОС, обладающей большим инновационным потенциалом, и реализовать источники с уникальным набором параметров излучения в диапазонах от миллиметрового и вплоть до субмиллиметрового, востребованные различными актуальными приложениями.