Предложена физическая модель, объясняющая возможность генерации излучения в системах, основанных на формировании виртуального катода. Показано, что основным механизмом генерации излучения в релятивистской области энергии электронов является модуляция тока электронного пучка за счет изменения потенциала виртуального катода в ВЧ-поле. На основе высоковольтного генератора с индуктивным накопителем энергии впервые в виркаторе получена одномодовая генерация с длиной волны  ~ 15 см импульсной мощностью 1 ГВт и энергией в импульсе 60 Дж. Одной из возможных причин ограничения длительности импульсов в виркаторах с планарным вакуумным диодом является изменение во времени структуры эмиссионной поверхности взрывоэмиссионного катода.
Аннотация
В отличие от приборов с длительной инерциальной группировкой, в системах с виртуальным катодом генерация излучения возможна вследствие модуляции тока электронного пучка за счет изменения потенциала виртуального катода в ВЧ-поле. В области релятивистских энергий электронов этот механизм является преобладающим над инерциальной группировкой частиц. В нерелятивистских виркаторах генерация возможна за счет монотронного эффекта, а также вследствие инерциальной группировки отраженных от виртуального катода частиц. В двухсекционных виркаторах электронный поток может участвовать во взаимодействии с ВЧ-полем также и за счет механизма "отражательного клистрона".
На основе высоковольтного генератора с индуктивным накопителем энергии впервые в двухсекционном виркаторе получена одномодовая генерация с длиной волны  15 см импульсной мощностью 1 ГВт и энергией в импульсе 60 Дж. В экспериментах показано, что длительность СВЧ-излучения в несколько раз меньше длительности тока электронного пучка. Одной из возможных причин ограничения длительности импульсов в виркаторах с планарным вакуумным диодом является изменение во времени структуры эмиссионной поверхности взрывоэмиссионного катода. Предварительные эксперименты показали, что при относительно постоянном токе вакуумного диода происходит уменьшение его импеданса, что сопровождается падением потенциала катода. Уменьшение импеданса вакуумного диода связано с развивающейся во времени эмиссией электронов с поверхности фокусирующего электрода. 

Рис. 1. Зависимость мощности СВЧ-излучения, мощности
электронного пучка и энергии в СВЧ-импульсе от времени.

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