Κυκλοτρονική Αλληλεπίδραση Διαύλου Γυροτρονίου

Abstract

Η εργασία αυτή αποσκοπεί στη μελέτη της αλληλεπίδρασης ηλεκτρονικής δέσμης - ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που λαμβάνει χώρα στο δίαυλο του γυροτρονίου. Δύο χαρακτηριστικές γεωμετρίες διαύλου μελετούνται και προτείνεται κατάλληλο μοντέλο αλληλεπίδρασης για την κάθε περίπτωση.Με την διεθνή προσπάθεια για την έρευνα και κατασκευή του διεθνούς πειραματικού αντιδραστήρα θερμοπυρηνικής σύντηξης (ITER) να εντείνεται, η ανάγκη για μικροκυματική ακτινοβολία υψηλής ισχύος στη χιλιοστομετρική περιοχή γίνεται επιτακτική. Την ανάγκη αυτή έρχεται να καλύψει το γυροτρόνιο που είναι η πλέον κατάλληλη διάταξη παραγωγής μικροκυματικής ισχύος για τη θέρμανση του πλάσματος στους αντιδραστήρες σύντηξης. Έτσι απαιτείται η σχεδίαση αξιόπιστων και αποδοτικών γυροτρονίων για τον τελικό σκοπό παραγωγής ενέργειας από τη σύντηξη σε μεγάλη κλίμακα.Ένα από τα αδύνατα σημεία του γυροτρονίου αποτελεί ο δίαυλος της δέσμης των ηλεκτρονίων. Σε αυτή την περιοχή του γυροτρονίου αναπτύσσονται παρασιτικές αλληλεπιδράσεις που συνεπάγονται τόσο αυξημένες απώλειες στα τοιχώματα και τους διηλεκτρικούς δακτυλίους του διαύλου όσο και την αλλοίωση των χαρακτηριστικών της δέσμης με συνέπεια την περαιτέρω υποβάθμιση της απόδοσης του συστήματος. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται μοντέλο αλληλεπίδρασης προσανατολισμένο για το δίαυλο. Συγκεκριμένα συμπεριλαμβάνονται στις εξισώσεις κίνησης φαινόμενα, που για την αλληλεπίδραση της κοιλότητας συνήθως παραλείπονται χάριν οικονομίας στους υπολογισμούς, όπως όροι πεδίου σημαντικοί μακριά από την αποκοπή, υβριδικοί ρυθμοί καθώς και αξονική ανομοιογένεια μαγνητοστατικού πεδίου. Αγνοείται ως φαινόμενο που δεν ενδιαφέρει άμεσα το δίαυλο ο ανταγωνισμός των ρυθμών και γίνεται θεώρηση της αλληλεπίδρασης όχι μέσω των όρων πηγής αλλά μέσω της ενέργειας.Οι γεωμετρίες που εξετάζονται είναι τόσο η γεωμετρία σταθερής διατομής κλιμακωτής ακτίνας όσο και η γεωμετρία με διατομή συνεχώς μεταβαλλόμενης ακτίνας. Με κατάλληλη θεώρηση του προβλήματος αντιμετωπίζεται η κάθε γεωμετρία χωριστά. Η μεν πρώτη γεωμετρία της σταθερής διατομής αντιμετωπίζεται με ανάπτυξη του πεδίου σύμφωνα με το θεώρημα Floquet ενώ η δεύτερη γεωμετρία της μεταβαλλόμενης διατομής προσεγγίζεται σύμφωνα με τη μέθοδο WKB. Για την επίλυση του προβλήματος της γεωμετρίας μεταβαλλόμενης διατομής, αναπτύχθηκε κώδικας για την εύρεση του επιπέδου κορεσμού της αλληλεπίδρασης. Το τελικό σημείο κορεσμού για κάθε ρυθμό ενδιαφέρει να παραμένει χαμηλό στο δίαυλο για τους λόγους που προαναφέρθηκαν. Επομένως, παρέχεται ένα εργαλείο εκτίμησης του μεγέθους των παρασιτικών αλληλεπιδράσεων κατά το στάδιο της σχεδίασης του διαύλου.