Гиротронные комплексы - разработка и применение
 
   
Гиротроны непрерывного действия
 
 
Первые российские гиротроны непрерывного действия для технологического применения были разработаны и изготовлены в ИПФАНе в 70-х годах прошлого века. Передовые разработки были выполнены также в отделении вакуумной электроники НПП «Салют». С момента образования в 1992 г. ЗАО НПП «Гиком» продолжило традиции изготовления гиротронов, а также разработало и внедрило в производство несколько серий приборов и соответствующих комплексов в частотном диапазоне от 24 до 300 ГГц.
 
 
За 20 лет НПП «Гиком» изготовило и поставило в Россию и за рубеж более 30 гиротронных систем непрерывного действия.
Классические непрерывные гиротроны работают на второй гармонике гирочастоты в соленоидах с масляным охлаждением. Как показано на рис.1, вывод энергии у них организован в направлении продольной оси прибора в виде рабочей волноводной моды. Типичная рабочая частота лежит в пределах 24 – 30 ГГц, напряжение не превышает 25 кВ, ток катода 2,5 А. Выходная мощность таких систем обычно не превышает 25 кВт. К их достоинствам следует отнести простоту, мобильность, малое время запуска. Недостатком являются ограничение по рабочей частоте и мощности, а также большие затраты мощности на создание магнитного поля в теплом соленоиде.
Прогресс в увеличении рабочей частоты, выходной мощности и эффективности гиротронов был достигнут в 90-х годах прошлого века благодаря переходу к работе на первой гармонике гирочастоты в сверхпроводящих соленоидах. В последние годы ЗАО НПП «Гиком» разработало серию технологических гиротронов с эффективными квазиоптическими преобразователями рабочей волноводной моды в Гауссов волновой пучок и рекуперацией остаточной энергии электронного пучка (см. рис.2). Конструктивно такие гиротроны отличаются от современных гиротронов для УТС меньшими размерами катода и коллектора электронов, а также материалом окна вывода энергии. Максимальная мощность определяется пропускной способностью вывода энергии из нитрида бора и составляет 40 – 50 кВт в зависимости от рабочей частоты. Базовый источник питания имеет выходное напряжение не более 30 кВ при токе не более 4 А. В гиротронах используется водяное охлаждение с расходом порядка 4 л/с при давлении 3 атм. Общий КПД системы составляет 45 – 50 %.
Обычно технологические гиротроны поставляются заказчикам в составе гиротронных комплексов, содержащих все необходимое оборудование: (крио)магнит, системы внешних согласующих зеркал, линии передачи СВЧ излучения, согласованная калориметрическая нагрузка, высоковольтные и прочие источники питания, система водяного охлаждения, системы защиты и управления. На рис. 3 – 4 показаны гиротронные комплексы в сборе на основе гиротронов различных типов. Блоки питания показаны на рис. 5.
   
   

Перечень непрерывных гиротронов, поставленных компанией ГИКОМ на установки заказчиков

Название и место расположения установки

Рабочие параметры гиротронов

Год поставки

Кол-во гиротронов

CCU NSU, Россия

24 ГГц, 5 кВт, CW

2009

1

ИПФ РАН, Россия
263 ГГц, 1 кВт, CW
2015
1

IFP, Италия

28 ГГц, 15 кВт, CW

2008

1

IN2P3, Франция

28 ГГц, 10 кВт, CW/имп.

2003

1

FZK, Германия

30 ГГц, 10 кВт, CW

1994

1

30 ГГц, 15 кВт, CW

2000

1

GSI mbH, Германия

28 ГГц, 10 кВт, CW

2007

1

258 ГГц, 0,1 кВт, CW
2008
1

KIT, Германия

30 ГГц, 15 кВт, CW

2010

1

 

FIR, Япония

24 ГГц, 3 кВт, CW

2001

1

24 ГГц, 2.5 кВт, CW

2006

1

28 ГГц, 15 кВт, CW

2006

1

Osaka Univ., Япония

24 ГГц, 3 кВт, CW

2003

1

24 ГГц, 3 кВт, CW, пост. магнит

2004

2

Fuji Dempa, Япония

28 ГГц, 3 кВт, CW

2003

1

Alloy Industries Inc., Япония

28 ГГц, 10 кВт, CW

2004

1

Kinki Univ., Япония

24 ГГц, 3 кВт, CW

2005

1

Shimane Ins., Япония

24 ГГц, 3 кВт, CW

2005

1

Fukui Univ., Япония
300 ГГц, 4 кВт, CW
2005
1

Isman J Corp., Япония

24 ГГц, 3 кВт, CW

2006

1

Tohoku Univ., Япония

24 ГГц, 3 кВт, CW

2006

1

Okayama Univ., Япония

24 ГГц, 3 кВт, CW

2007

1

Shirai Tech. Corp., Япония

82 ГГц, 30 кВт, CW

2007

1

IAPh CAS, Китай

30 ГГц, 10 кВт, CW

1998

1

IMP CAS, Китай

24 ГГц, 7 кВт, CW

2009

1

SWUST, Китай

83 ГГц, 25 кВт, CW

2010-2011

2

 

LANL, США

83 ГГц, 20 кВт, CW

1993

2

37.5 ГГц, 20 кВт, CW

1993

1

30 ГГц, 10 кВт, CW

1996

1

Sandia NL, США

30 ГГц, 10 кВт, CW

1996

1

General Atomic, США

30 ГГц, 10 кВт, CW

1997

1

CRS, США

83 ГГц, 15 кВт, CW

1998

1

Gyrotron Tech. Inc., США

83 ГГц, 15 кВт, CW

1999

1

60 ГГц, 35 кВт, CW

2011

1

Guardian Ind., США

83 ГГц, 35 кВт, CW

2003

1

NRL, США

83 ГГц, 15 кВт, CW

2004

1

Thor Technologies, Inc. , США

24 ГГц, 5 кВт, CW

2006

1

Michigan Univ., США

24 ГГц, 5 кВт, CW

2011

1

Gyrotron Tech.Inc., США 60 ГГц, 35 кВт, СW 2015 1