Исследовательский гиротронный комплекс миллиметрового диапазона длин волн. I. Описание комплекса

В ИПФ РАН создана серия гиротронных комплексов, предназначенных для исследования физических процессов при воздействии электромагнитного излучения миллиметрового диапазона длин волн на вещество. В данной статье описывается универсальный принцип их построения на примере комплекса с мощностью выходного излучения 5 кВт на частоте 24 ГГц. Приведены описание и технические характеристики основных компонентов комплекса. Создание эффективных источников излучения и линий его транспортировки, предназначенных для выполнения различных научных исследований, представляет собой сложную радиофизическую задачу, а необходимость долговременной стабильной работы с автоматической подстройкой параметров режима генерации требует использования оригинальных инженерных решений. Использование в линии транспортировки излучения многомодовых электродинамических устройств позволяет осуществлять воздействие на материалы с существенно различными диэлектрическими свойствами, в частности нагревать их до температур порядка (и более) 2000°С. Вакуумно-плотная рабочая камера комплекса представляет собой высокодобротный ненастроенный резонатор с объёмом порядка 0,1 м3, в котором возможен микроволновый нагрев изделий с характерным размером более десятка сантиметров. Автоматизированная система управления работой комплекса обеспечивает его надёжное и безаварийное долговременное функционирование.

На английском языке

We describe a series of gyrotron setups developed at the Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences (IAP RAS) for studying physical processes during interaction of millimeter-wave electromagnetic radiation and matter. This paper presents the universal principle of designing such setups on the basis of a setup having an output radiation power of 5 kW at a frequency of 24 GHz. The main components of the setup are described, and their technical parameters, specified. Designing of high-efficiency radiation sources and radiation transmission lines for various research applications is a sophisticated radiophysical problem, and the need for long-term stable operation with automatic adjustment of the parameters of the generation regime requires unique engineering solutions. Application of multimode electrodynamic devices in the radiation transmission line allows one to treat materials with significantly different dielectric properties, in particular, heat them up to temperatures of about (and exceeding) 2000°C. The vacuum-tight working chamber of the setup is a high-Q untuned cavity having a volume of about 0.1 m3, in which microwave heating of items with characteristic sizes of more than 10 cm can be performed. The automatic control system of the setup ensures its reliable and long-term failure-free operation.