Zarys fizyki żyrotronu. Cz. 2, Zjawiska fizyczne

• Autorzy: Kacper Nowak , Pliński F. Edward

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2025.1.2

Warianty tytułu

EN

An Outline of Gyrotron Physics. Part 2, Physical Phenomena

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono najważniejsze zjawiska fizyczne występujące we wnęce rezonatora żyrotronowego, ze szczególnym uwzględnieniem efektów relatywistycznych. Przedstawione tu rozumowanie zilustrowano prostymi obliczeniami i pokazano, że dopiero poprawka relatywistyczna matematycznego opisu pozwala zrozumieć mechanizm generacji promieniowania cyklotronowego. Pokazano w pracy, że podstawą działania żyrotronu jest relatywistyczny rezonans cyklotronowy. Taki scenariusz jest kluczowym procesem w rezonatorze żyrotronu, który prowadzi do zwiększenie częstości cyklotronowej względem częstości własnej rezonatora. Ten pożądany efekt umożliwia uniknięcie powtórnej absorpcji promieniowania przez elektrony. Pokazano schematycznie niektóre aspekty konstrukcji lampy żyrotronowej. Omawiane w pracy zjawiska przyczyniły się do rozwoju elektroniki próżniowej i powstania takich urządzeń jak klistrony, magnetrony, czy lampy o fali bieżącej i wstecznej.

EN

The paper discusses the key physical phenomena occurring within the cavity of a gyrotron resonator, with particular emphasis on relativistic effects. The presented idea is illustrated by simple calculations, demonstrating that only the relativistic correction allows for understanding the mechanism of cyclotron radiation generation. It is shown that the operation of the gyrotron is based on the relativistic cyclotron resonance. This scenario is a crucial process in the gyrotron resonator, leading to an increase in the cyclotron frequency relative to the resonator’s natural frequency. This desirable effect prevents the reabsorption of radiation by electrons. Some aspects of the gyrotron tube construction are schematically illustrated. The phenomena discussed in the paper have contributed to the development of vacuum electronics and the creation of devices such as klystrons, magnetrons, and traveling and backward wave tubes.

Słowa kluczowe

PL

żyrotron; CRM; rezonansowa częstotliwość cyklotronowa; efekt relatywistyczny

EN

gyrotron; CRM; cyclotron resonance frequency; relativistic effect

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 66, Nr 1
• Strony: 11--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Kacper Nowak

• Politechnika Wrocławska, Wyb. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0002-5980-8237

autor

Pliński F. Edward

• Politechnika Wrocławska, Wyb. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

• https://orcid.org/0000-0001-7968-8036

Bibliografia

• [1] Blackburn T. G., Ridgers C. P., Kirk J. G., Bell A. R.: 2014. „Quantum Radiation Reaction in Laser-Electron-Beam Collisions”. Phys. Rev. Lett. 112(1): 015001. doi: 10.1103/PhysRev-Lett.112.015001.
• [2] Di Piazza A., Müller C., Hatsagortsyan K. Z., Keitel C. H.: 2012. „Extremely high-intensity laser interactions with fundamental quantum systems”. Rev. Mod. Phys. 84(3): 1177-1228. doi: 10.1103/RevModPhys.84.1177.
• [3] Kariya T., Minami R., Imai T., Ojada M., i in.: 2019. „Development of high power gyrotrons for advanced fusion devices”. Nucl. Fusion 59(6): 066009. doi: 10.1088/1741-4326/ab0e2c.
• [4] Thumm M.: 2011. „Progress on Gyrotrons for ITER and Future Thermonuclear Fusion Reactors”, IEEE Trans. Plasma Sci. 39(4): 971-979. doi: 10.1109/TPS.2010.2095042.
• [5] Gaponov A. V.: 1959. „Interaction of irrectilinear electron beams with electromagnetic waves in transmission lines”. lzv. VUZov. Radiofizika. 2: 450-462.
• [6] Gaponov A. V.: 1959. „Letters to editor”. Izv. VUZov. Radiofizika. 2: 836-837.
• [7] Alexeff I., Yefimov B. P., Kishko S., Pomarenko S., Kuleshov A.: 2012. „The nonrelativistic Gyrotron”, Abstracts IEEE International Conference on Plasma Science, Edinburgh, 6B-7-6B-7. doi: 10.1109/PLASMA.2012.6384029.
• [8] Jaworski G., Francik A., Nowak M., Nowak K.: 2020. „Review of Experimental Verification Methods of Gyrotron Quasioptical Mode Converters”. JTIT, 3: 75-85. doi: 10.26636/jtit.2020.141320.
• [9] Denison D. R., Chu T. S., Shapiro M. A., Temkin R. J.: 1999. „Gyrotron internal mode converter reflector shaping from measured field intensity”. IEEE Trans. Plasma Sci., 27(2): 512-519. doi: 10.1109/27.772280.
• [10] Jin J., Gantenbein G., Jelonnek J., Rzesnicki T., Thumm M.: 2015 „Development of Mode Conversion Waveguides at KIT”. EPJ Web of Conferences, 87: 04003. doi: 10.1051/epjconf/20158704003.
• [11] Jin J.: „Quasi-Optical Mode Converter for a Coaxial Cavity Gyrotron”. Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 2007.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).