Отзыв оппонента Диденко А.Н. (Динамика поперечных волн электронного потока в неоднородных электрических и магнитных полях)

ОТЗЫВ официального оппонента Диденко Андрея Николаевича, доктора физикоматематических наук, профессора, члена-корреспондента РАН, заведующего кафедрой электрофизических установок Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» о диссертации Михеева Димитрия Алексеевича «Динамика поперечных волн электронного потока в неоднородных электрических и магнитных полях», представленной на соискание ученой степени кандидата физико- математических наук по специальности 01.04.03 — «Радиофизика». Диссертация Д.

А. Михеева посвящена исследованию динамики электронных потоков с циклотронным вращением в неоднородных электромагнитных полях. Наиболее актуальными направлениями исследований в вакуумной электронике традиционно являются повышение мощности, энергии, а также эффективности СВЧ устройств. Для решения данных задач, как правило, используются мощные многолучевые и многорезонаторные приборы, такие, например, как клистроны.

В диссертационной работе Д. А. Михеева для повышения мощности и эффективности устройств СВЧ предлагается использование ленточных электронных потоков с циклотронным вращением, движущихся в неоднородных аксиально-симметричных магнитных полях. Интерес к ленточным пучкам в последнее время значительно повысился в связи с развитием численных программ моделирования электронных потоков и существенным ростом в производительности современных компьютеров. До этого ленточные потоки использовались по большей части в маломощных приборах, таких, например, как лампа обратной волны. В диссертационной работе Д. А. Михеева были впервые получены следующие результаты: 1. Проанализирован модовый состав и структура мод высокочастотного электрического поля цилиндрического резонатора с ламельным зазором, изучены процессы взаимодействия ленточного электронного пучка с поперечным электрическим полем резонатора.

2. Исследована возможность прямого преобразования энергии быстрой циклотронной волны ленточного электронного потока в энергию постоянного электрического тока в неоднородных расширяющихся магнитных полях. 3. Изучены вопросы устойчивости и деформации поперечного сечения ленточных электронных пучков с циклотронным вращением в расширяющихся аксиально- и плоско- симметричных магнитных полях. 4. Показана возможность пространственной ЗП группировки электронного потока с циклотронным вращением в неоднородных магнитных полях в отсутствие начальной модуляции продольной скорости электронов. Полученные результаты обладают несомненной практической ценностью и могут быть использованы при разработке мощных СВЧ устройств с поперечной модуляцией электронного потока. Диссертация изложена на 109 страницах, содержит введение, 4 главы и заключение, 68 рисунков и 13 таблиц.

Список литературы насчитывает 10б библиографических ссылок. Первая глава диссертации носит обзорный характер. В ней содержатся сведения из теории вакуумной электроники СВЧ, рассказывается о поперечных волнах, возбуждаемых в электронном потоке, излагается проблематика устойчивости ленточных электронных потоков, описывается механизм группировки электронов в устройствах клистронного типа. В завершение первой главы приводятся методы численного моделирования динамики электронных потоков, использованных при получении результатов диссертационной работы.

Во второй главе представлены результаты трехмерного моделирования оригинальной конструкции объемного резонатора с поперечным электрическим полем, с помощью которого электронному потоку сообщается циклотронное вращение. Разработан треугольный узел согласования для резонатора с целью повышения коэффициента передачи энергии СВЧ в электронный пучок. Изучен модовый состав и структура мод электрического поля в резонаторе.

Показано, что основная мода может обладать высокой однородностью электрического поля в канале взаимодействия с электронным пучком. Проведено трехмерное моделирование динамики электронного потока в резонаторе. Исследована возможность прямого преобразования энергии микроволн в энергию быстрой циклотронной волны ленточного электронного потока в однородном магнитном поле с КПД преобразования более 95 %.

Установлено, что применение ленточных электронных пучков в резонаторах с поперечным электрическим полем позволяет передать в пучок значительно больше СВЧ энергии, чем в случае цилиндрических пучков. Третьи глава диссертации посвящена трехмерному моделированию динамики ленточного электронного потока в неоднородных магнитных полях. Представлена оригинальная трехмерная дискретная модель ленточного электронного пучка для исследования устойчивости и динамики распространения пучка в неоднородных электрических и магнитных полях.

Изучены вопросы устойчивости и деформации поперечного сечения ленточных электронных пучков с циклотронным вращением в расширяющихся аксиально- и плоско-симметричных магнитных полях. Установлено, что наиболее стабильным и устойчивым режимом является движение ленточного пучка с циклотронным вращением в расширяющемся аксиально-симметричном поле.

В поле такой конфигурации можно реализовать наибольшую мощность (сотни киловатт) и эффективность преобразования (более 80;4) энергии циклотронного вращения пучка в энергию его поступательного движения. Четвертая глава посвящена эффекту пространственной группировки электронов. В результате проведенных исследований показана возможность группировки электронного потока с циклотронным вращением в неоднородных магнитных полях без начальной модуляции продольных скоростей электронов. Установлено, что в аксиальносимметричном магнитном поле группировка электронного потока возникает в условиях несоосностн между магнитным полем и осью циклотронного вращения электронов. В плоско-симметричных магнитных полях в случае, когда ось вращения потока лежит в плоскости симметрии магнитного поля, в потоке возбуждаются только четные гармоники плотности тока.

Принципиальное отличие описанного механизма групп ирования электронного потока от группировки при одномерном движении электронов, заключается в том, что сгущения электронов при пространственной группировке могут не сопровождаться увеличением плотности пространственного заряда. В результате силы пространственного заряда могут намного слабее влиять на процессы группировки. В заключении сформулированы основные результаты работы. По представленной работе можно сделать следующие замечания. 1. Результаты численного моделирования, проведенного в диссертации, следовало бы подкрепить экспериментальными данными.

В работе они практически не представлены. Тепловые потери мощности в стенках СВЧ приборов, вторичная эмиссия электронов и эффект обратных электронов достаточно сильно будут сказываться на итоговой эффективности устройства. Безусловно, их стоило бы учесть при моделировании электронных потоков. 2. Эффект пространственного группирования без модуляции электронов по скорости выглядит достаточно перспективным для его углубленного изучения. Но говорить о его применении в клистронах нового типа на данном этапе преждевременно— обнаруженный автором эффект пока еще недостаточно изучен и теоретически, и экспериментально.

В дальнейшем необходимо провести дополнительные исследования процесса пространственного груп пирования. Также необходимо усовершенствовать модель электронного потока для изучения этого эффекта, так как на данном этапе в модели не учтено взаимное влияние электронов. 3. В работе описывается широко распространенный метод <<частица в ячейке>> для моделирования динамики электронных потоков.

Среди его программных реализаций следовало бы указать достаточно известный и зарекомендовавший себя российский код КАКАТ, разработанный В. П. Таракановым. 4. К сожалению, в процессе написания диссертации автору не удалось избежать ряда опечаток. Например, номер формулы (1.22) дублируется на стр. 23.

Также повторяется номер рис. 4.5 на стр. 8б, что вносит некоторую путаницу при прочтении. Сделанные замечания никоим образом не влияют на общую положительную оценку диссертации и не затрагивают сути полученных результатов. Автореферат в полной мере отражает содержание диссертации. Материалы диссертации опубликованы в б статьях в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, доложены на российских и международных конференциях. Диссертация «Динамика поперечных волн электронного потока в неоднородных электрических и магнитных полях» соответствует всем критериям, установленным Постановлением Правительства РФ от 24.09.2013 г.

№842 «О присуждении ученых степеней» к диссертациям на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук, и ее автор, Д. А. Михеев, заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 — «Радиофизика». Официальный оппонент доктор физико-математических наук член-корреспондент РАН, профессор заведующий кафедрой электрофизических установок НИЯУ «МИФИ» .

А. Н. Диденко Почтовый адрес: 115409, г.Москва, Каширское ш., 31, тел. +7(499)324-2992, е-ша11: Подпись доктора физико-математических наук, члена-корреспондента РАН, профессора, заведующего кафедрой электрофизических установок НИЯУ «МИФИ» Диденко Андрея Николаевича заверяю. йадп Заявст« ' ДОК»<ВН .