P9-2017-78 ˆ.. ƒê ²μ 1,.. Œ ² ±μ 1,..Šμ Í,.. ʳ,.. μ μ 2 ˆ ˆŸ Š Š ˆ ƒ ˆŒ œ ƒ Œ ƒ ƒ Š-Š ˆ 10- Œ ˆ 1 μ Ò É Ì μ²μ ±μ³ μ ÉÒ ±Êʳ ÒÌ μ μ ( ), Œμ ± 2 Œμ ±μ ± μ Ê É Ò Ê É É ³. Œ.. μ³μ μ μ, Œμ ±
ƒê ²μ ˆ... P9-2017-78 ˆ ÒÉ Ö Ò μ±μôëë ±É μ μ ³ Ê²Ó μ μ ³ μ μ²êî μ μ Š-±² É μ 10- ³ μ μμ Ð É Ö μ ʲÓÉ É Ì ÒÉ μ μ μ ÒÉ μ μ μ Í ³μÐ μ μ ³ Ê²Ó μ μ ³ μ μ²êî μ μ ±² É μ 10- ³ μ, μé μ μ μ Ò É Ì μ²μ ±μ³ μ ÉÒ ±Êʳ ÒÌ μ μ. μî ³ Ö- ± Éμ ±² É μ 51,7 ±, Éμ± Êα 205 ³ μ ³ Ê²Ó μ ÒÌμ μ -³μÐ μ É 7 Œ É ³ ± ³ ²Ó Ö ÔËË ±É μ ÉÓ ±² É μ μ É - ² 66,0 %. μé Ò μ² μ Éμ Ë ± Ò μ± Ì Ô ³.. ˆ. ± ². Œ. ² ˆŸˆ. μμ Ð Ñ μ μ É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ. Ê, 2017 Guzilov I. A. et al. P9-2017-78 Factory Acceptance Test of the High-Efˇciency S-Band MBK Klystron The results of testing the ˇrst prototype of the powerful pulse multibeam S-band klystron developed by DBT company are presented. Under the cathode voltage of 51.7 kv, beam current 205, and the measured RF peak pulse power 7 MW, the efˇciency of the klystron reached 66.0%. The investigation has been performed at the Veksler and Baldin Laboratory of High Energy Physics, JINR. Communication of the Joint Institute for Nuclear Research. Dubna, 2017
ˆ ŒμÐ Ò Ò μ±μôëë ±É Ò ±² É μ Ò ÉμÖÐ ³Ö Ìμ ÖÉ Ï - μ±μ ³ ³ÒÌ ² Î ÒÌ μ ² ÉÖÌ ÊÎ ÒÌ ² μ É Ì- ±. μ μ² μ É μ ÒÌ ²μ ±² É μ μ ± Î É ÉμÎ ±μ -³μÐ μ É ²Ö Ê ÊÐ μ μ±μ² Ö ± Ê ÒÌ Ê ±μ É ²Ó ÒÌ ±μ³ ² ± μ [1] É Ê É ÊÐ É μ μ Ê ² Î Ö ÔËË ±É μ É ±² É μ- μ μ 60Ä80 %. ²Ö μ ÒÏ Ö ÔËË ±É μ É ±² É μ μ Ì Ô± ²Ê É - Í μ ÒÌ ± Î É μ ² Ì μé± Ì ³ ÖÕÉ Í ²Ò ±É ² Î- ÒÌ μ Í μ ÒÌ Ï, ±μéμ ÒÌ Å ³ ³ É ÒÌ - É ³ μ Î ±μ Ëμ±Ê μ ±μ μ ÉμÖ ÒÌ ³ É Ì (PPM-focusing), ³ ÖÕÐ Ì Ëμ±Ê ÊÕÐ μ² μ, μ²ó μ ³ μ μ²êî μ É Ì μ- ²μ μ É μ Ö Ô² ±É μ μ-μ É Î ± Ì É ³ μ μ ³ μ μô³ ÉÉ ÒÌ ± Éμ ÒÌ Ê ²μ (MBKÄKlystrons). Ö Ê μ ÒÏ ³ ÔËË ±É μ É μ Î ²Ö μ ÒÌ - μéμ± ³ É Ê μ Ó Ò μ±μ μ Ö Ö, μ ³μ μ ± Éμ ±² É μ. ± Éμ μ μ Ö Ö Ê³ ÓÏ É ³ Ò μ²öéμ μ ³ Ê ±² - É μ μ, Ê É Ö É μ Ìμ ³μ ÉÓ ² Î Ö μ Ñ ³ ÒÌ ³ ²Ö ÒÌ É ±μ ²Ö μ Ê Ö ³ Ê²Ó ÒÌ É Ëμ ³ Éμ μ, É ³ÒÌ ³μ ʲÖÉμ ³. ±μ Ò μ μ μ²ö É Ê³ ÓÏ ÉÓ μé ² Ô, ÉÒ, ³ Ê Éμ - ³μ ÉÓ ±² É μ. μ Ò² ²μ [2] μ Ò ³ Éμ Ê μ ± Êα Ô² ±É μ μ ±² É μ Ì, μ μ²öõð ±μ³ ÓÕÉ ÒÌ Î É Ì μ É ÎÓ ÔËË ±É μ- É 82Ä85 %. ˆ μ²ó μ ³ Éμ, μ²êî Ï μ Š-³ Éμ, ² ² ±μ É ³ μ²μ bunching, alignment, collecting (BAC), μ μ- ²Ö É μì Ò μ±μ ÔËË ±É μ É Ê³ ÓÏ ÉÓ ² Ê ±² É μ 1,5Ä2 μ Õ Ê É μ É ³, É ² Ò³ [1]. μé± μ μ μ ±² É μ Ê ²μ Ò³ ³ T258 (BT258A) μ²ó μ Ò Ê± Ò ÒÏ μ Í μ Ò Ï Ö, ÊÕ μî Ó, Š-³ Éμ Ê μ ± Êα Ô² ±É μ μ. ²Ó ÉμÖÐ μéò μ ÉμÖ² μ É μ ± ±² É μ, ±²ÕÎ Ö -É μ ±Ê, É - É μ ±² É μ ³ Í ³ ± ³ ²Ó μ -³μÐ μ É. 1
1. ˆ ƒ Š ˆ μ Ò ³ μ μ²êî μ Š-±² É μ 10- ³ μ μé μ Ò É Ì μ²μ ±μ³ μ ÉÒ ±Êʳ ÒÌ μ μ (Œμ ± ) μéμé Å É Í μ μ μ ³ μ μ²êî μ μ ±² É μ Šˆ 147, μ μ ³μ μ μéö μîé 15 ² É ±μ³ μ (Œμ ± ). Ö ± Éμ 50 ± ² Éμ± Êα 290 ±² - É μ Šˆ 147 μé É ÔËË ±É μ ÉÓÕ 42 %. ²ÓÕ μ μ μé± Ò²μ ʲÊÎÏ Ô± ²Ê É Í μ ÒÌ ³ É μ, ÊÕ μî Ó É ± Ì, ± ± ÔËË ±É μ ÉÓ Ô μ μé ². μ ±É Ò ³ É Ò μ μ μ ³ μ μ²ê- Î μ μ ±² É μ É ² Ò É ². 1. ² Í 1. Î É Ò ( μ ±É Ò ) ³ É Ò μ μ μ ±² É μ T258 ³ É ³ μéμé (Šˆ 147 ) Šˆ 147 ³ É T258 T258 ( μéμé ) μî Ö Î ÉμÉ, ƒƒí 2,9985 2,9985 2,9985 Šμ² Î É μ Êαμ 40 40 40 ŒμÐ μ ÉÓ ± ² ± Éμ μ, É < 700 < 700 < 700 Ö ± Éμ, ± < 50 < 50 < 50 μ± ± Éμ, A 290 220 220 ŒμÐ μ ÉÓ - μ Ê Ö, É < 200 < 200 < 200 ±μ Ö ÒÌμ Ö -³μÐ μ ÉÓ, Œ É > 6 > 6 > 6 ² É ²Ó μ ÉÓ ³ ʲÓ, ³± 5Ä16 5Ä16 5Ä16 ÉμÉ μ Éμ Ö ³ Ê²Ó μ, ƒí μ 300 μ 250 μ 300 ÖÖ ÒÌμ Ö -³μÐ μ ÉÓ, ± É 25 12 12 ËË ±É μ ÉÓ, % 42 > 60 > 60 - É ³ ±² É μ μ Éμ É 9 μ Éμ μ. Î É Ö μ É ³ - Í Ö É ³Ò μ²ó μ ³ μ μ³ μ ÊÉ μ ³³Ò ± - Éμ μ³ Ö 52 ± ² Éμ± Êα 195 μ Ê ± É μ ÒÏ ÔËË ±É μ É ±² É μ μ 77 %. É ³ Ò² μé É μ ² Î- Ò³ μ ³³ Ò³ μ 汃 ³. μ³ Ö μ ³³ KlypWin [3] μ± - ² Š 69,5 %, ʳ Ö μ ³³ Klys2D [4] Å 66 % ÔËË ±É μ É. ³μÉ Ö ±μéμ μ ² ΠʲÓÉ Éμ, Î ÉÒ Í ²μ³ ʱ Ò ÕÉ μ ³μ μ ÉÓ μ ÒÏ Ö ÔËË ±É μ É ÒÏ μ ±É μ μ Ê μ Ö 60 %. É μ Ð ±² É μ É ² Ò. 1 2. Šμ Î Ö ² μé μ μ ±² É μ μ É ²Ö É 770 ³³. Ð Ö ³ ±² É μ 90 ±, ±²ÕÎ Ö ³ Ê Ëμ±Ê ÊÕÐ ³ É μ É ³Ò. μ±ê ÊÕÐ Ö 2
. 1. É ³ μ μ²êî μ μ Š-±² É μ Œ-Ëμ±Ê μ ±μ ³ É Ö É ³ μ Éμ É 4 μ²μ ÒÌ ÉμÖ 6 ³ Ê μé Ê μ ÉμÖ ÒÌ ³ Éμ, ± Ò ±μéμ ÒÌ ³ É ² Ê μ μ³ ² 1 ³. ² Î ³ É μ μ μ²ö μ É ³Ò μ É ²Ö É μé 1,12 μ 1,15 ². 3
. 2. Ð ³ μ μ²êî μ μ Š-±² É μ T258 Š Éμ Ò Ê ² Ò μ² 40 ± Éμ μ ± Ê ²μ μ Î Ö, Ô² ±É μ Ò Êα ±μéμ ÒÌ É μ μ²μ Ò μ± Ê μ μ²ó μ μ Ê É μ É. - ³μÐ μ ÉÓ Ò μ É Ö ÒÌμ μ μ μ Éμ μ³μðóõ ±Êʳ μ μ μ μ² μ μ Î - μ Î μ ±Êʳ μ μ± μ. É μé Ò ÊÎμ± μ- ²μÐ É Ö ³ μ³ ±μ²² ±Éμ μ Ö Ò³ μì² ³. 2. Œ ˆ œ ˆ ˆ ˆ ÒÉ Ö ±² É μ μ Ò μ² μ³ ÏÉ μ³ - É Ê ±μ- É ²Ö -200 μ Éμ Ë ± Ò μ± Ì Ô ˆŸˆ. μ Ò μ±μ³ê Ö Õ ±² É μ ÉÒ ² Ö μé Ò μ±μ μ²óé μ μ ³ Ê²Ó μ μ ³μ ʲÖ- Éμ ² μ μ Ê ±μ É ²Ö Ê ±μ É ²Ó μ μ ±μ³ ² ± Œ [5], ±μéμ Ò Ò² μ ² μ Ìμ Ò³ ³ μ³ ±² É μ. ˆ³ Ê²Ó Ò ³μ ʲÖÉμ. Œμ ʲÖÉμ μ Éμ É 40 ³μ ʲ Ëμ ³ ÊÕ- Ð Ì ² (PFN) ³ Ê²Ó μ μ É Ëμ ³ Éμ. Ì ³ ³μ ʲÖÉμ - É ². 3. ²μ± ÊÌ ²² ²Ó μ ±²ÕÎ ÒÌ Ëμ ³ ÊÕÐ Ì ² ±μ³³êé Ê É Ö μ Ê Î ÒÌ μ ³μÉμ± ³ Ê²Ó μ μ É Ëμ - ³ Éμ. Š Ò ³μ Ê²Ó PFN Ò μ² CÄL-ÖÎ ± μ μ μ ÉÓ 4
. 3. Í ²Ó Ö Ì ³ ³μ ʲÖÉμ ² μ μ Ê ±μ É ²Ö Œ. 4. ± ³ Ê²Ó μ μ É Ëμ ³ Éμ ³μ ʲÖÉμ ² μ μ Ê ±μ É ²Ö Œ ³ Ê²Ó Ò Ö Ö ³ ² ÉÊ μ 2 ± ² É ²Ó μ ÉÓÕ μ 15Ä18 ³±. Œ - Éμ μ μ ³ Ê²Ó μ μ É Ëμ ³ Éμ μ ±μ²ó± Ì Î - ±μ, ± μ³ ±μéμ ÒÌ Ê É μ ² μ ³μɱ, μ Ö Ê³Ö ³μ Ê- ²Ö³ Ëμ ³ ÊÕÐ Ì ². μ Éμ Î μ μ ³μɱ É Ëμ ³ Éμ ³ Ê²Ó Ò Ê³³ ÊÕÉ Ö. É ±μ Ì ³ ³ ² ÉÊ Î ÉμÉ μ Éμ Ö ³ Ê²Ó μ 5
³μ ÊÉ ³ ÖÉÓ Ö ³μ É μé Î ² ±²ÕÎ ³ÒÌ ²μ±μ PFN. ˆ³ Ê²Ó - Ò É Ëμ ³ Éμ μ Ê μ² Ò É Ëμ ³ Éμ Ò³ ³ ²μ³ É ± (. 4), ±μéμ Ò ÌÊ Ê É ² É Ö ±² É μ. É ± É ± μ²μ É Ëμ ³ Éμ Ò Ö³ É ² ³ ²Ö É Ö ± ² ±² É μ (³μÐ μ ÉÓÕ μ 800 É), μ ²Ó É ³Ò ³ Î - Ö Î ± É Ëμ ³ Éμ, É Ëμ ³ Éμ Éμ± ²Ö ³ Ö Éμ± ± Éμ ±² É μ μ ± ²Ö ³ Ö ³ Ê²Ó ± Éμ μ μ Ö Ö ±² É μ. ³ É Ò ³μ ʲÖÉμ É ² Ò É ². 2. ² Í 2. ³ É Ò ³μ ʲÖÉμ Ö μ dc- Ö ( Ìμ ), 1000 ÒÌμ Ö ³ Ê²Ó Ö ³μÐ μ ÉÓ, ³ Ö Ê ±Ê, Œ É μ 50 Ö Ê ±, ± μ 240 μ± Ê ±, μ 240 ÒÌμ Ö ÖÖ ³μÐ μ ÉÓ, ³ Ö Ê ±Ê ( É μé Î ÉμÉÒ Í ±²μ μéò ³μ ʲÖÉμ μ Î ÌÊ μ 30 ³μÐ μ ÉÓÕ ÉμÎ ± É Ö Ö μ μ Ö Ö), ± É ÉμÉ Í ±²μ (μ Î ÌÊ ³μÐ μ ÉÓÕ ÉμÎ ± É Ö Ö μ μ Ö Ö; Ò μ±μ Í ±² Î μ É É - μ 300 Ê É Ö μì² ³μ ʲÖÉμ ), ƒí Œ É ±, É ±μ²μ 5 ƒ ÉÒ É ± ( ±² É μ ), ³³ 2500 1050 1005 μ ± ±² É μ. μ³ ÔÉ É É μ ±² É μ μ μ- ²μ Ó μ μ³ ³, É.. μ Î μ Ê Ö. μí Ê É É μ - Ö Ï É μ ² μí É μ ± μ ÒÏ ³ ± Éμ μ μ Ö Ö μé Ê μ Ö 10Ä20 μ 100 % μ³ ².. 5 É ² Ò μ Í ²²μ ³³Ò ²μ Éμ± ± Éμ Éμ± ±μ²² ±Éμ ±² É μ μí É μ ± μ μ ³ ÊÉ ±² É μ μ μö. μí É μ ± ³ Ö²μ Ó Éμ±μ μìμ Êα ±² É μ μ μé μï Õ Éμ± ±μ²² ±Éμ ± Éμ±Ê ± Éμ. μ ² Ï Ö É μ ± μ ³ μ É ÊÕÐ μ Ö Ö (48Ä55 ± ) Éμ±μ μìμ Ò²μ ÌÊ 96 %. ʲÓÉ ÉÒ -É É μ Ö ±² É μ. Šμ Í ÉÊ ²Ó Ö Ì ³ ²Ö -É É μ Ö ±² É μ É ². 6. μ Ê ±² É μ μ ÊÐ É ²Ö²μ Ó μé ÕÐ μ - Éμ Î ÉμÉ Ò³ μ μ³ 1,0Ä4,5 ƒƒí Î ³ Ê²Ó Ò É μ Ê ³Ò Ê ² É ²Ó. ² É ²Ó μ ÉÓ É μ ÊÕÐ μ ³ Ê²Ó μ ²Ö² ² É ²Ó μ ÉÓ ³ Ê²Ó -³μÐ μ É μ Ê Ö. ÒÌμ Ö ³μÐ μ ÉÓ ³ Ö² Ó Î ± ² μ Ò - ² Ò μé É É ²Ó. μ ² ÉÉ Õ Éμ Ë ²ÓÉ -³μÐ μ ÉÓ μ ÉÊ- 6
. 5. Í ²²μ ³³Ò ²μ Ö Ö, Éμ± ± Éμ Éμ± ±μ²² ±Éμ ±² - É μ μí É μ ± : ) μ ± μ μ μö; ) μ μö. 1 Å Éμ± ± Éμ ±² É μ, 2 Å Éμ± ±μ²² ±Éμ, 3 Å Ö ± Éμ ±² É μ. ɱ Å 10 ³± / ².. 6. Šμ Í ÉÊ ²Ó Ö Ì ³ -É É μ Ö ±² É μ ² Éɳ É Å ³ É ²Ó ³μÐ μ É. μî ÉμÉ Ö ³ É ²Ó Ö Í Ó Ò² μ± ² μ ³ É. Ð ³ μ μ ² ² ³μÐ μ É ³ É ²Ó μ Í μ É ²Ö²μ 60. ±μ É μ²ó Ò³ - ³ Ö³ ±² É μ Ò² μéé μ - ³ μ Ê Ö Í -³μÐ μ É ( ² É ²Ó μ ÉÓ ³ Ê²Ó - μ Ê Ö 5 ³± Î ÉμÉμ Í ±²μ 5 ƒí).. 7 É ² Ò μ Í ²- ²μ ³³Ò ²μ Éμ± ±² É μ μ ÕÐ Ì -³μÐ μ É μí 7
. 7. Í ²²μ ³³Ò Éμ± μ ÕÐ Ì -³μÐ μ É ±² É μ. ÊÎ 1 ÅÉμ± ± Éμ, ²ÊÎ 3 Å μ ÕÐ Ö -³μÐ μ É ( ÕÐ Ö μ² ), ²ÊÎ 4 Åμ ÕÐ Ö -³μÐ μ É, μé μ μé Ê ±. ɱ Å 5 ³± / ². -É μ ± ±² É μ. ʲÓÉ ÉÒ ³ Ö -³μÐ μ É É - ² Ò. 8 9. ³μ ÉÓ ÒÌμ μ ³μÐ μ É ±² É μ μé Î ÉμÉÒ μ Ê Ö Ö Êα ±² É μ 51,7 ± ² Éμ± ± Éμ 205 (³ ± μ - Î É μ ²ÊÎ μ É ²Ö É 0,42) É ². 8. μ Ìμ- ³μ μé³ É ÉÓ, ÎÉμ ³ Ö μ²óï Ö ³ Ê²Ó Ö ÒÌμ Ö ³μÐ μ ÉÓ ±² É μ 7 Œ É Ò² μ É ÊÉ Î ÉμÉ 3,004 ƒƒí, μ² Ò μ±μ, Î ³ Î É Ö. 8. ³μ ÉÓ ÒÌμ μ ³μÐ μ É ±² É μ μé Î ÉμÉÒ μ Ê Ö - Ö 51,7 ±, Éμ± 205 ³μÐ μ É μ Ê Ö 105 É ( ÒÐ ) 8
. 9. ³μ ÉÓ ÒÌμ μ -³μÐ μ É ±² É μ μé ³μÐ μ É μ Ê Ö Î ÉμÉ 3,004 ƒƒí Î ÉμÉ 2,9985 ƒƒí. ŠμÔËË Í É μ² μ μ É Ö Î ÉμÉ 3,004 ƒƒí μí ± μ Éμ±Ê ± Éμ μ É ²Ö É 66 %, μí ± μ Éμ±Ê ±μ²² ±Éμ 68,8 %. ƒ Ë ± ³μ É ÒÌμ μ ³μÐ μ É μé ³μÐ μ É μ Ê Ö Î ÉμÉ μ Ê Ö 3,004 ƒƒí É ². 9. Œ ± ³ ²Ó μ - Î ÒÌμ μ ³μÐ μ É ±² É μ 7 Œ É Ò²μ ³ μ ³μÐ μ É μ Ê Ö 105 É. ± ³ μ μ³, ±μôëë Í É Ê ² Ö -³μÐ μ É μ É ² 48. Š ˆ μ² μ³ ÏÉ μ³ - É Ê ±μ É ²Ö -200 μ Éμ Ë - ± Ò μ± Ì Ô ˆŸˆ Ê Ï μ μ Ò Ò ÒÉ Ö μ ÒÉ- μ μ μ Í μ μ μ Ò μ±μôëë ±É μ μ ³ μ μ²êî μ μ Š-±² É μ S- μ Ëμ±Ê ÊÕÐ É ³μ μ ÉμÖ ÒÌ ³ É Ì. ʲÓ- É É ³ Ò μ Î ²Ó μ μ μ Éμ μ μ ²μ± ±² É μ - μéμé μ- Ò³ Š- ²μ±μ³ μ Éμ μ ±μôëë Í É μ² μ μ É Ö ±² É μ Ò² Ê ² Î 42 μ 66 %. μ²êî Ò Ê²ÓÉ ÉÒ μ É ÕÉ ÊÐ É μ μ ÒÏ ÔËË ±- É μ É ±² É μ μ²ó μ μ μ Š-É Ì μ²μ Ê μ ± Êα μ μ³ ±² É μ. ³ É μ μ μ μ ±² É μ - ³ É ³ ÒÌ ±² É μ μ É ÒÌ ÊÐ Ì ±μ³ - μéî ±μ ³μÐ ÒÌ ±² É μ ÒÌ -Ê ² É ² μ± Ò É μ³ μ ³ÊÐ - É μ μ μ μ ±² É μ μ Í ²μ³Ê Ö Ê ³ É μ [6]. 9
ˆ 1. Baikov A. Yu., Marrelli C., Syratchev I. Toward high-power klystrons with RF power conversion efˇciencies on the order of 90% // IEEE. Trans. Elec. Dev. 2015. V. 62(10). P. 3406Ä3412. 2. Baikov A. Yu., Grushina O. A., Strikhanov M. N. Simulations of conditions for the maximal efˇciency of decimeter-wave klystrons // Techn. Phys. 2014. V. 59(3). P. 421Ä 427. 3. Guzilov I. A. BAC Method of Increasing the Efˇciency in Klystrons // IEEE Vacuum Electron Sources Conference (IVESC), June 29 Ä July 4, 2014, St. Petersburg. 4. Marchesin R., Vuillemin Q. Thales Electron Devices. Private commun. 2016. 5. Heine E. The MEA modulator. NIKHEF. 12-11-98. Amsterdam, 1998. 6. Guzilov I., Egorov R., Syratchev I., Kobets V., Sumbaev A. Comparison of 6 MW S-band pulsed BAC MBK with the existing SBKs // IVEC-2017, Apr. 24Ä26, 2017, London. μ²êî μ 13 μö Ö 2017.
±Éμ.. μ μ Î ÉÓ 15.01.2018. μ ³ É 60 90/16. ʳ μë É Ö. Î ÉÓ μë É Ö. ². Î. ². 0,81. Î.-. ². 0,99. 180 Ô±. ± º 59318. ˆ É ²Ó ± μé ² Ñ μ μ É ÉÊÉ Ö ÒÌ ² μ 141980,. Ê, Œμ ±μ ± Ö μ ²., ʲ. μ² μ-šõ, 6. E-mail: publish@jinr.ru www.jinr.ru/publish/