отзыв оппонента Лозы_БП (Коаксиальные волноводы и их применение в плазменной релятивистской СВЧ-электронике)

ОТЗЫВофициального оппонента на диссертацию Ярославцевой Екатерины Андреевны«Коаксиальные волноводы и их применение в плазменной релятивистской СВЧэлектронике», представленной на соискание учёной степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.08 – физика плазмы.Диссертация Ярославцевой Е.А.

посвящена коаксиальным волноводам и ихприменению. Тема весьма актуальна для плазменной релятивистской СВЧэлектроники, развивающейся, в основном, на основе применения односвязных (полых)волноводов, но не только и не столько по причинам, указанным в диссертации.Обоснование актуальности совершенно справедливо строится на сравненииобъекта исследования с существующими устройствами на основе односвязных(полых) волноводов. Отмечается, что «повысить мощность излучения можно путемповышения предельных вакуумных токов» (применяя коаксиальные волноводы —О.Л.), но это ключевое утверждение не сопровождается ни кратким физическимобоснованием, ни ссылкой на первоисточник этого утверждения.

Поскольку ранееисследовались преимущественно системы с полым волноводом, то и самаприменимость этого утверждения к коаксиальному волноводу не является очевидной.Далее упоминается интересная и полезная для использования «нулевая частотаотсечки высокочастотной волны». Но ведь и в полом волноводе, применяемом всуществующих плазменно-пучковых источниках излучения, электронный пучок такжевзаимодействует с волной, имеющей нулевую частоту отсечки, так что для практикиособой разницы нет. Упомянутое автором в конце раздела «Актуальность»согласование рабочего объема генератора с излучающим устройством, конечно,важно, но отражения и в коаксиальной геометрии будут далеко не нулевыми,поскольку диаметр внутреннего электрода коаксиального волновода заведомо меньшедиаметра плазмы, равной по диаметру или даже меньшей внутреннего электродакоаксиального излучателя.2На самом деле актуальность проблемы следует из конфигурации плазменногоСВЧ-генератора, для схемы которого, даже самой общей, в диссертации места ненашлось.

Всего существует две возможные конфигурации: с распространениемтрубчатого релятивистского электронного потока (РЭП) внутри трубчатой плазмы иснаружи.Плазмаприэтомвсегдаограничиваетсявнутреннимэлектродомкоаксиального выходного узла приблизительно равного с ней диаметра. В первомслучае, т.е. при распространении внутри плазмы, РЭП оседает на этом электроде ииндуцирует встречный килоамперный ток по плазме, который, как указано вцитируемой работе [104], служит причиной срыва СВЧ-излучения.В обратном случае — плазма внутри РЭП — релятивистские электроны оседаютна внешний электрод коаксиального выходного узла, не индуцируя встречный ток поплазме и не мешая генерации СВЧ-излучения.

Для предотвращения короткогозамыкания катода ускорителя на корпус плазма в этом случае ограничивается по длинесо стороны катода специальным электродом, расположенным, как и сама плазма,внутри РЭП. Естественно, что элементы крепления этого электрода на корпуснеминуемо пересекают трубчатый РЭП, деформируя его структуру, сами подвергаясьинтенсивной бомбардировке, разрушаясь и служа источником паразитной плазмы,нарушающей процесс СВЧ-генерации.

Возможным решением проблемы являетсяаксиальное крепление электрода, ограничивающего плазму по длине: либо к катоду снепростой развязкой для предотвращения пробоя при напряжении в сотни киловольт,либо произвольным проводником к коллектору. Именно этот последний случай ипредполагает использование коаксиального металлического волновода в плазменномСВЧ-генераторе. Именно перспектива построения СВЧ-генератора без известныхмеханизмов ограничения длительности импульса определяет особую актуальностьпроблемы, рассматриваемой в диссертации.Научная новизна работы сомнений не вызывает.

Фактически, автор делалприменительно к коаксиальным волноводам то, что по отношению к полымволноводам,изначальноприменяемымвплазменнойрелятивистскойСВЧ-электронике, разрабатывалось ранее и описано во многих цитированных публикациях:3в обзоре [94], в книге [97] и др. В результате, автор исследовал все три главныхаспектаплазменно-пучковоговзаимодействия,аименно,дисперсионныехарактеристики, структуру волн и погонные коэффициенты усиления (инкременты).Волны в коаксиальном плазменном волноводе рассмотрены автором диссертациив предельных случаях сильного внешнего магнитного поля и отсутствия внешнегомагнитного поля, а также в конечном внешнем магнитном поле. Показанопринципиальное отличие с аналогичными волнами в односвязном (полом) волноводе,которое заключается в том, что высокочастотная поверхностная волна имеет нулевуючастоту отсечки и может обладать аномальной дисперсией в коротковолновой области.Поскольку в этой области волна имеет сравнительно низкую групповую скорость,возможность практического применения этой волны для генерации и излучения СВЧколебаний требует отдельного исследования.Пучково-плазменноевзаимодействиевкоаксиальномволноводетакжерассмотрено в предельном случае сильного внешнего магнитного поля и в конечномвнешнем магнитном поле.

Найдены погонные коэффициенты усиления плазменнойволны электронным пучком, которые совпадают по порядку величины (~ 0.1 см-1) саналогичнымивеличинами, характерными дляслучаяодносвязного(полого)волновода похожих размеров. Это обстоятельство, с одной стороны, косвенноподтверждает достоверность расчетов, а с другой убеждает в реальности построенияработоспособного плазменного СВЧ-генератора на основе коаксиального волновода,если таковой будет проектироваться.Качество проведения расчетов, обоснованность и достоверность полученныхрезультатов достаточно высоки. Наряду с аналитическими выкладками автор приводитмножество результатов численных расчетов для конкретных параметров системы,сопровождая это комментариями.

Важно подчеркнуть, что параметры, используемые врасчетах, взяты с учетом опыта предыдущих работ и с прицелом на конкретноеиспользование результатов при возможном создании экспериментальной модели. Всвязи с этим обстоятельством практическая ценность полученных результатов4расчетов,которыефактическинепосредственноможноиспользоватьприпроектировании эксперимента, заслуживает высокой оценки.Как и любая работа, диссертация соискателя не совершенна.

На недооценкуавторомактуальностисобственнойработы,какинаотсутствиерисунка,позволяющего это понять, указано выше. К недостаткам можно отнести и нескольковольный пересказ литературных данных. Так, в работе Д.Трубецкого и Л.Пищика [26]якобы описаны «усилители и генераторы, которым нет аналогов по эффективностисредивакуумных».Насамомделетамсказано,чтопучково-плазменноевзаимодействие действительно может демонстрировать высокую эффективность, нопроблема вывода излучения делает нерелятивистскую плазменную электронику нестоль привлекательной, и шансов на развитие больше имеет релятивистскаяплазменная электроника. Фраза на с.10 «Успешно экспериментально реализованплазменный СВЧ-генератор [62-67]» содержит указание на чисто расчетную работу[66]. Многочисленные ссылки на Звенигородскую конференцию [67, 84, 93, 104], гдетезис доклада никогда не превышает одной страницы, вызывают недоумение,поскольку эти же работы подробно изложены в журнальных статьях.Недостатки имеются и в оформлении.

Так, во введении к диссертации отсутствуетструктурный элемент «положения, выносимые на защиту», как того требует п.5.3.1ГОСТ Р 7.0.11—2011 «Диссертация и автореферат диссертации. Структура и правилаоформления». ГОСТу противоречит и то, что многие статьи в списке литературы несодержат заголовков публикаций.

В журналах, экономящих объем печатногоматериала, это является обычной практикой, но в диссертациях наличие заголовкаподчеркивает тот факт, что автор знаком со статьей не только по журнальной ссылке.На многих рисунках в диссертации отсутствуют подписи, полностью объясняющиекомпоненты рисунка или смысл кривых на графиках. Некорректные выражения, такиекак «…показаны фазовые скорости большей толщины плазменного цилиндра» (с.56),или там же «Фазовые скорости коаксиального плазменного волновода» в подписях крисункам 2.3.1 и 2.3.2, или «кривые стремятся к частоте» (с.62) также работу неукрашают.5Несмотря на отмеченные недостатки, диссертация является законченной научноквалификационной работой, в которой содержится решение научной задачи, имеющейбольшое значение для развития плазменной релятивистской СВЧ-электроники.Характеризучениязакономерностейихарактеристикявленийипроцессовсоответствуют паспорту специальности 01.04.08 – физика плазмы (п.6.

Заряженнаяплазма, пучки частиц в плазме, плазменная электроника). Все основные положения ивыводы диссертации опубликованы в изданиях, входящих в «Перечень рецензируемыхнаучных изданий …» ВАК. Автореферат соискателя полностью отражает положения,выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертации.Диссертационное исследование Ярославцевой Екатерины Андреевны на тему«Коаксиальные волноводы и их применение в плазменной релятивистской СВЧэлектронике»выполненонавысокомуровне,соответствуетПоложениюоприсуждении ученых степеней, утвержденному постановлением Правительства РФ от24 сентября 2013 г. N 842, а ее автор заслуживает присуждения ученой степеникандидата физико-математических наук по специальности 01.04.08 – физика плазмы.Доктор физико-математических наук, профессор,начальник Управления ученого секретаряЛоза Олег Тимофеевичподписьтел.

(499) 196- 96-19 , e-mail Loza_OT@nrcki.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение«Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»(НИЦ «Курчатовский институт»)Москва, пл. Академика Курчатова, д. 1, http://www.nrcki.ruПодпись Лозы О.Т.

заверяю:Главный учёный секретарьНИЦ «Курчатовский институт»С.Ю. Стремоухов.