Προσομοίωση Της Κυκλοτρονικής Αλληλεπίδρασης Στον Δίαυλο Δέσμης Του Γυροτρονίου Με Εφαρμογή Στη Μελέτη Των Παρασιτικών Ταλαντώσεων

Abstract

Τα γυροτρόνια είναι διατάξεις παραγωγής μικροκυμάτων που καλύπτουν τη χιλιοστομετρική περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος με κύρια εφαρμογή την παραγωγή μικροκυματικής ακτινοβολίας υψηλής ισχύος για τη θέρμανση του πλάσματος στα πειράματα ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Ένα από τα σοβαρά προβλήματα, το οποίο αντιμετωπίζουν τα γυροτρόνια υψηλής ισχύος και συχνότητας, είναι η διέγερση ανεπιθύμητων παρασιτικών ταλαντώσεων στον δίαυλο της δέσμης πριν την κοιλότητα. Τέτοιου είδους παρασιτικές ταλαντώσεις υποβαθμίζουν την ποιότητα της δέσμης, μειώνουν την απόδοση της κύριας αλληλεπίδρασης και είναι πιθανό να προκαλέσουν τοπική υπερθέρμανση, ηλεκτρικά τόξα έως και πλήρη διακοπή της λειτουργίας όλης της διάταξης.Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τη θεωρητική μελέτη των παρασιτικών ταλαντώσεων στον δίαυλο της δέσμης και φιλοδοξεί να προσφέρει μια βαθύτερη κατανόηση της φυσικής του φαινομένου και να προτείνει πιθανούς τρόπους αντιμετώπισης του προβλήματος. Συγκεκριμένα, για τη μελέτη του διαύλου δέσμης αναπτύσσεται το μαθηματικό μοντέλο και ο σχετικός κώδικας για την προσομοίωση της διάταξης. Ο δίαυλος της δέσμης αντιμετωπίζεται σαν πεπερασμένου μήκους κοιλότητα εφαρμόζοντας οριακές συνθήκες εξερχόμενων κυμάτων στα άκρα. Έτσι, μπορούν να υπολογισθούν τα χαρακτηριστικά των συντονιζόμενων ρυθμών της διάταξης, οι οποίοι παρουσιάζουν διηλεκτρικές απώλειες και απώλειες περίθλασης. Για την προσομοίωση της κυκλοτρονικής αλληλεπίδρασης κύματος-δέσμης στον δίαυλο αναπτύσσεται ένα σχήμα προσομοίωσης συνδυάζοντας τον κώδικα μας (NESTOR) με τον κώδικα προσομοίωσης της κοιλότητας EURIDICE. Με τον συνδυασμό αυτό μελετώνται συγκεκριμένες διαμορφώσεις διαύλων δέσμης και υπολογίζονται τα ρεύματα εκκίνησης των ρυθμών. Επίσης, πραγματοποιούνται παραμετρικές μελέτες της εξάρτησης των απωλειών και της αλληλεπίδρασης από γεωμετρικές και φυσικές παραμέτρους του διαύλου, όπως το πραγματικό και φανταστικό μέρος της επιτρεπτότητας και το πάχος των δαχτυλιδιών. Κατόπιν, αναπτύσσονται επεκτάσεις για ομοαξονικές γεωμετρίες διαύλου και εφαρμόζονται οριακές συνθήκης ολικής ανάκλασης στο ένα άκρο. Τέλος, συζητούνται και προτείνονται συγκεκριμένες κατευθύνσεις μελλοντικής έρευνας που υπόσχονται την πλήρη και ακριβή προσομοίωση του διαύλου δέσμης στον υπολογιστή.