Впервые показано, что для лампы обратной волны можно обеспечить режим сверхизлучения, когда пиковая мощность короткого электромагнитного импульса превышает импульсную мощность электронного пучка. В диапазоне длин волн 3 см достигнута конверсия 1.8 при мощности наносекундных СВЧ-импульсов до 3 ГВт.

Впервые проведен детальный анализ решений задачи о параметрах первого пика нестационарной генерации ЛОВ в рамках классической одномерной модели, учитывающей однонаправленное движение частиц. Результаты показали, что для области умеренно релятивистских энергий частиц даже в случае однородной замедляющей системы существует область значений параметра нелинейности, в которой конверсия мощности может превышать единицу. Отмечена аналогия между таким режимом работы электронного генератора с аномально большой длиной и несущественными процессами релаксации, а также эффектом сверхизлучения, который известен в двухуровневой системе квантовых осцилляторов. Теоретически показано, что повышение коэффициента конверсии до значений, которые значительно превышают единицу, можно обеспечить в случае нерегулярного профиля продольного распределения связи и подавления эффекта расплывания пакета в замедляющей системе с дисперсией групповой скорости. Экспериментальная проверка модели осуществлена для 3-х сантиметрового диапазона длин волн в экспериментах с использованием сильноточных электронных ускорителей СИНУС-150 и СИНУС-200. В первом случае при максимальном ускоряющем напряжении в диоде 330 кВ (рис. 1.) и длительности тока (2.8 кА) 4 нс зарегистрированы СВЧ-импульсы с характерной длительностью 0.6 нс и максимальной мощностью до 1.2 ГВт. Во втором эксперименте (350 кВ, 5 кА, 10 нс) реализована необычная схема ввода высоковольтного импульса питания в вакуумный диод (поперечная), исключающая необходимость отражения СВЧ-импульса и обеспечивающая его однократное прохождение через замедляющую систему. Пиковая мощность микроволновых импульсов достигала 3.2 ГВт. Калориметрические измерения подтвердили данные детекторных измерений и высокую эффективность преобразования энергии в режиме сверхизлучения.


Руководитель работ - чл.-корр. РАН Коровин С.Д.