Dependence of Parasitic Modes on Geometry and Attenuation in Gyrotron Beam Tunnels

Latsas, G.P.; Ioannidis, Zisis C.; Tigelis, I. G.

doi:10.1109/tps.2012.2192294

Cited by 16 publications

(6 citation statements)

References 23 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The stacked beam tunnels are probably the most common structures and have been successfully used in series production gyrotrons, without however suppressing the parasitic oscillations completely at higher beam currents. Such beam tunnels have been studied by using various in-house semi-analytic numerical codes [10]- [12]. Recently, detailed design guidelines were provided in order to maximize the dielectric losses and increase the starting currents of the parasitic modes [13].…”

mentioning

confidence: 99%

Experimental Classification and Enhanced Suppression of Parasitic Oscillations in Gyrotron Beam Tunnels

Ioannidis

Chelis

Gantenbein

et al. 2020

IEEE Trans. Electron Devices

View full text Add to dashboard Cite

High-power gyrotrons may suffer from parasitic oscillations that are excited in the electron-beam compression zone. Different damping structures are proposed in the literature that reduce the possibility of parasitic excitation by increasing the starting currents of the modes. In this work we focus on a dielectric-loaded (stacked) beam tunnel. Based on our previous theoretical studies, we make targeted modifications to the beam tunnel in order to classify the parasitic signals and localize the areas where they are excited. After two successive modifications, the beam tunnel exhibits improved behavior with higher starting currents of the parasitic modes. The experiments are performed by using a modular 170 GHz, 1 MW short-pulse gyrotron, which due to its flanged construction gives the possibility to modify the beam tunnel without affecting the rest of the tube. Index Terms-Beam tunnel, dielectric-loaded, gyrotron, parasitic oscillations I. INTRODUCTIONYROTRONS are the only high-frequency, high-power millimeter-wave source that is able to cover the Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH) and Electron Cyclotron Current drive (ECCD) needs of modern fusion experiments. There are already numerous examples of successful Short-Pulse (SP) and Continuous-Wave (CW) gyrotrons that cover the frequency range from 100 GHz to 200 GHz with demonstrated RF power up to 2 MW and a total efficiency that in depressed collector operation can exceed 50% [1].In several recent experiments with MW-class gyrotrons, the tubes suffered from undesired parasitic oscillations that were excited in the region of the beam tunnel [2]- [4]. Such

show abstract

mentioning

confidence: 99%

Experimental Classification and Enhanced Suppression of Parasitic Oscillations in Gyrotron Beam Tunnels

Ioannidis

Chelis

Gantenbein

et al. 2020

IEEE Trans. Electron Devices

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…To solve the dispersion relation, the strategy used is to fix the parallel wavenumber k z ∈ R and search for the complex frequency solution to the dispersion relation ( 4) and the relations ( 6) and (7). For the root-search, a combination of two algorithms was found to be the most reliable method.…”

Section: B Numerical Methodsmentioning

confidence: 99%

“…Several theoretical and experimental studies focused on these parasitic oscillations [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10] and led to three different concepts for their suppression.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Linear studies of spurious backward-wave instabilities in a dielectric-loaded smooth-wall gyrotron beam ducts

Genoud

Alberti

Hogge

2020

2020 45th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)

View full text Add to dashboard Cite

The self-consistent simulation of the electron beam interaction was performed in the presence of a lossy dielectric layer in the smooth-wall beam duct of a gyrotron oscillator. For this purpose, the linear and spectral code TWANGlinspec was extended. In this code, the local transverse structure of the TE mode is adapted to the solution of the complex cold dispersion relation of an infinite, homogeneous, dielectric coated cylindrical waveguide. Before considering the realistic situation, the validity of the TE pure mode (E z = 0) assumed in TWANGlinspec had to be assessed for SiC or BeOSiC materials. The effect of the dielectric layer on the parasitic starting current is large for parasitic oscillations localized at the end of the beam duct and in the so called spacer region. For the realistic case, the geometry of the dual frequency gyrotron for the Tokamak à Configuration Variable (TCV) was considered, and the effect of a dielectric layer was numerically investigated. The electron beam velocity spread was also included in the simulations. The result is that in such conditions the parasitic oscillations starting currents are increased above the operating beam current. The observation of these spurious modes would therefore not be expected.

show abstract

“…Η συγκεκριμένη μελέτη είναι ιδιαίτερα χρήσιμη, καθώς προσϕέρει μία βαθύτερη κατανόηση στον μηχανισμό αλληλεπίδρασης των ρυθμών με τη δέσμη και μπορεί επίσης να υποδείξει αλλαγές στη γεωμετρία που πιθανόν βελτιώνουν την απόδοση του διαύλου δέσμης στην κατάπνιξη των παρασιτικών ταλαντώσεων. Αντίστοιχες παραμετρικές μελέτες στο μοντέλο του διαύλου δέσμης με περιοδικές οριακές συνθήκες έχουν γίνει στα [60,61].…”

Section: επίδραση των παραμέτρων της γεωμετρίας στη διέγερση παρασιτικών ρυθμώνunclassified

“…´Ετσι, το ταίριασμα (matching) μεταξύ των δύο περιοχών γίνεται καλύτερο και το πεδίο διεισδύει περισσότερο στο διηλεκτρικό, όπου καταναλίσκεται η ενέργειά του υπό τη μορϕή των διηλεκτρικών απωλειών. Η εξάρτηση των διηλεκτρικών απωλειών από τον συντελεστή ανάκλασης στα δαχτυλίδια έχει σημειωθεί και στα [60,61], όπου παρουσιάζονται κάποιες καμπύλες με παρόμοια συμπεριϕορά ως προς τη μεταβολή της διηλεκτρικής επιτρεπτότητας.…”

Section: 42)unclassified

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

Χέλης¹

View full text Add to dashboard Cite

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

show abstract

Dependence of Parasitic Modes on Geometry and Attenuation in Gyrotron Beam Tunnels

Cited by 16 publications

References 23 publications

Experimental Classification and Enhanced Suppression of Parasitic Oscillations in Gyrotron Beam Tunnels

Experimental Classification and Enhanced Suppression of Parasitic Oscillations in Gyrotron Beam Tunnels

Linear studies of spurious backward-wave instabilities in a dielectric-loaded smooth-wall gyrotron beam ducts

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

Contact Info

Product

Resources

About