Электронно-оптические системы нового типа для современных гиротронов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона

Гиротроны занимают лидирующее положение среди источников мощного СВЧ излучения терагерцового и субтерагерцового диапазона частот. Полный КПД существующих мощных гиротронов терагерцового и субтерагерцового диапазона без системы рекуперации энергии как правило невелик и не превышает примерно 40 %. С помощью одноступенчатой рекуперации, которой оснащены практически все мощные гиротроны, обычно удается увеличить их полный КПД приблизительно до 50-55 %. Достижение более глубокой рекуперации энергии пучка, повышение эффективности и долговечности гиротронов - чрезвычайно важные актуальные проблемы. Принципиально решить эти проблемы можно, повышая качество ВЭП и используя многоступенчатую рекуперацию остаточной энергии электронов в коллекторной области гиротрона. Несмотря на большие усилия исследователей, до сих пор не удалось практически осуществить многоступенчатую рекуперацию в существующих мощных гиротронах. Основная трудность на пути реализации многоступенчатой рекуперации связана с необходимостью обеспечить эффективное пространственное разделение фракций электронного пучка с разными скоростями и затормозить эти фракции, сведя к минимуму отражение электронов в сторону катода. В данном проекте проводится комплексное исследование, нацеленное на реализацию многоступенчатой рекуперации в мощных гиротронах и на повышение их эффективности. Гиротроны терагерцового и субтерагерцового диапазона умеренной мощности (десятки Ватт) находят важные практические применения в системах диагностики различных сред. Диагностические гиротроны имеют малые размеры конструктивных элементов. Представляется целесообразной и привлекательной замена традиционно используемых в таких приборах термокатодов не требующими накала и практически безынерционными полевыми эмиттерами. До недавнего времени это было практически невозможно. Препятствовали использованию полевых эмиттеров в высоковольтных гиротронах малого размера трудности получения с их помощью достаточно больших токов (свыше нескольких десятков мА), а также малая их долговечность в условиях технического вакуума, когда они подвергаются интенсивной бомбардировке ионами остаточных газов. Авторами данного проекта были разработаны распределенные полевые эмиттеры нового типа, впервые позволяющие решить указанные проблемы. Это многоострийные кремниевые полевые эмиттеры с двухслойными металл-фуллереновыми покрытиями, а также многослойные нано-структурированные полевые эмиттеры, приготовленные из приведенных в контакт материалов с разной работой выхода. В проекте проводится комплексное исследование, нацеленное на совершенствование указанных типов полевых эмиттеров и на разработку методов формирования электронных потоков для диагностических гиротронов, электронно-оптическими системами с такими эмиттерами. Таким образом, при выполнении работ по гранту закладываются основы решения весьма актуальных и масштабных проблем.