Towards the formulation of a realistic 3D model for simulation of magnetron injection guns for gyrotrons (a preliminary study)

Fortschritte in der Formulierung eines realistischen 3D-Modells für die Simulation von Elektronenkanonen für Gyrotrons (Eine vorläufige Studie) Numerische Experimente, die auf adäquaten, selbst-konsistenten physikalischen Modellen basieren, werden in einem breiten Umfang für das computerunterstützte Design (CAD), die Analyse und Optimierung von elektronenoptischen Systemen von Gyrotrons eingesetzt. Ein wesentlicher Teil des benötigten physikalischen Modells ist das Emissionsmodell, d.h. die Beschreibung des vom Emitter erzeugten Strahlstroms sowie die Energieverteilung und die räumliche und winkelabhängige Verteilung der emittierten Elektronen. In dieser Arbeit präsentieren wir eine Zusammenfassung der grundlegenden Theorie, die wesentlichen Formeln und eine Diskussion der wichtigsten Faktoren für die Inhomogenität der Emission und der Geschwindigkeitsstreuung. Zusätzlich wird ein Überblick über die in verschiedenen Ray-Tracing und Particle-In-Cell (PIC) Codes eingesetzten Emissionsmodelle geliefert und eine allgemeine Formulierung eines dreidimensionalen Emissionsmodells präsentiert, das auf der Zerlegung der kathodennahen Region durch eine Anzahl entsprechender Diodensegmente basiert. Wir glauben, dass diese Zusammenfassung bei der Entwicklung neuer Programm-Module zur Berechnung der Elektronen-Anfangsverteilung sehr hilfreich sein wird. Damit können sowohl bereits existierende zweidimensionale Computerprogramme, als auch neu zu entwickelnde dreidimensionale Simulationswerkzeuge ausgestattet werde

Experimental results for a 1.5 MW, 110 GHz gyrotron oscillator with reduced mode competition

A new result from a 110 GHz gyrotron at MIT is reported with an output power of 1.67 MW and an efficiency of 42% when operated at 97 kV and 41 A for 3 mu s pulses in the TE22,6 mode. These results are a major improvement over results obtained with an earlier cavity design, which produced 1.43 MW of power at 37% efficiency. These new results were obtained using a cavity with a reduced output taper angle and a lower ohmic loss when compared with the earlier cavity. The improved operation is shown experimentally to be the result of reduced mode competition from the nearby TE19,7 mode. The reduced mode competition agrees well with an analysis of the startup scenario based on starting current simulations. The present results should prove useful in planning long pulse and CW versions of the 110 GHz gyrotron.open141

Infrared Measurements of the RF Output of 170-GHz/2-MW Coaxial Cavity Gyrotron and Its Phase Retrieval Analysis

We report the experimental results of the infrared measurements of output RF beam of the European 2-MW 170-GHz coaxial cavity gyrotron for ITER. The output beam profile is measured by the infrared thermographic technique using an infrared camera and a target material which is being irradiated by the RF output. The beam intensity was measured at several locations along the propagation direction. The data were processed for noise reduction and perspective correction and then used with the phase retrieval algorithm to yield an accurate estimate of the phase profile. The moments of the measured intensity arrays are calculated to improve the reliability of the measured infrared image data and data processing. The beam profile is also measured at specific locations in order to compare the phase calculated with the HuygensFresnel propagation method for fixed distance and RayleighSommerfeld diffraction integral method used for field propagation in the phase retrieval algorithm