研制了基于爆炸发射的扇形和圆柱形多注阴极系统, 并开展了强流相对论多注电子束的实验研究。研究发现: 扇形多注阴极由于发射端面电场分布严重不均, 电子束主要由尖端发射, 束斑畸变明显, 当每注扇形电子束进入到多注扇形漂移管内时, 在空间电磁场的作用下电子束会绕束心旋转, 导致束斑的畸变和束流的损失; 圆柱形多注阴极发射端电场分布相对均匀, 电子束斑畸变较小, 每注电子束在多注漂移管内绕束心的旋转不会引起束斑的畸变和束流的损失; 由于阴极杆和多注阴极柱的发射, 多注电子束品质较差, 进入多注漂移管时存在电子束轰击管壁现象, 造成束流的损失甚至截止。采用大内径磁场可增大阳极筒内半径, 明显提高束流的传输效率。目前, 采用功率约6.5 GW、传输效率约89%的相对论多注电子束驱动的多注速调管, 可实现GW量级的微波输出。

提出了一种同轴双环形阴极结构二极管，并进行理论求解和仿真研究，得到了双环形阴极二极管中，内外环上场强一致时二极管内尺寸分布关系。并采用粒子仿真软件进行了双环形阴极爆炸发射模拟研究，研究结果表明，双环形阴极发射束流由高压加载后初始时刻二极管内电场分布和内外环形阴极相互之间屏蔽作用的竞争结果决定。提出了两阴极相互之间屏蔽作用的经验公式，指出该相互屏蔽作用程度随发射总束流呈线性关系，随两阴极距离呈指数关系，最终采用粒子仿真软件进行了验证。

在相对论速调管放大器(RKA)的探究实验中, 多注RKA中电子束的打斑实验结果表明各注电子束的发射电流大小和横截面形状分布不一致甚至有很大差异影响了RKA的工作稳定性。通过粒子模拟软件对该问题进行相关仿真研究, 探究多注阴极几何尺寸分布不一致对发射电流分布的影响。仿真结果表明, 单注电子束阴极尺寸, 尤其是横向尺寸的差异是影响多注电流大小分布不一致的主要因素, 而且横向尺寸还将影响到多注电子束横向电子束形状, 该研究对多注RKA的实验研究与优化设计具有指导意义。

为了获得激光焊接工艺参数对离体生物组织融合效果的影响规律, 设计实验探究了激光功率、激光扫描方式等参数对离体皮肤切口融合形貌及抗张强度的影响, 并对工艺参数进行了优化。结果表明, 采用小功率长时间工艺规范焊接离体皮肤组织, 组织切口融合效果较好、抗张强度较高, 并且可以减小不可逆的热损伤; 采用分段扫描焊接方式, 可以加强切口附近成分的活性, 减小切口热损伤。在此基础上, 采用优化的工艺参数进行可靠性实验, 并对切口抗张强度进行了测试。结果表明, 在该工艺条件下, 组织切口可实现全层融合, 并且无烧损、碳化等缺陷, 与连续激光焊接工艺相比, 焊接时间可减少30%~40%, 焊后组织切口抗张强度可达0.38 MPa, 满足强度要求。

强流相对论多注速调管相对于单注速调管具有导流系数低, 输出功率高和效率高的优点, 并且可以明显降低引导磁场强度, 因此得到快速发展。但是其多注电子束引入漂移管效率低的问题, 影响了多注速调管的整管效率, 限制了其稳定高效运行和应用推广。论文采用粒子仿真软件CHIPIC对多注速调管二极管爆炸发射过程进行仿真研究, 寻找影响多注速调管引入效率的主要因素, 并对阴极结构进行了优化, 设计出三种两段式新型多注阴极结构并进行冷阴极爆炸发射模拟研究。研究结果表明：给定参数下, 常规结构由于底座边缘的不必要的环形电子束发射, 只能达到82%的引入效率, 而三种新型阴极结构通过抑制不必要电子发射, 引入效率都可以提高至95%以上, 最高达到99%。