从理论和模拟两方面研究了西安质子应用装置二极铁、四极铁电源电流纹波对引出束流的影响，并根据模拟结果确定出以下单种磁铁电源电流纹波标准：对于聚焦四极铁电源，电流纹波/设定值应小于1.2×10-4；对于散焦四极铁电源，电流纹波/设定值应小于2×10-3；对于二极铁电源，电流纹波/设定值应小于4×10-4。因西安质子应用装置同步环上所有磁铁电源采用同一纹波标准，综合考虑所有磁铁电源电流纹波后，最终确定电源电流纹波/设定值应小于1×10-4。

利用ANSYS和COMSOL仿真模拟软件, 对热阴极电子枪的加热结构进行热分析, 得到了阴极加热结构设计的一些规律, 然后通过实验对一系列加热结构进行阴极温度测试, 进一步验证模拟计算的结果, 得到了一种加热效率比较高的结构。该结构在加热功率为100 W时, 阴极温度超过了1 900 K, 达到了铱铈阴极的工作温度。在阴极温度1 800 K左右, 阴极表面引出电场强度为3.6×106 V/m的条件下, 该阴极的最大发射电流达到1.04 A, 发射电流密度约13 A/cm2。

Mini-LIA为MHz重复频率双脉冲电子直线感应加速器,由双脉冲功率系统、热阴极电子枪注入器及金属玻璃磁芯感应加速腔等组成。在此平台的实验获得了数百ns间隔(即MHz重复频率)的双脉冲高压,每个脉冲幅值达到80 kV,脉冲半高全宽为80 ns;在感应腔加速间隙处测得双脉冲加速电场;在加速器出口处测量得到流强约1.1 A的双脉冲电子束流。实验结果表明:利用硅堆隔离汇流装置可实现MHz重复频率的双脉冲高压,金属玻璃磁芯感应加速腔和六硼化镧热阴极电子枪均适合MHz重复频率双脉冲工作方式。

设计加工了铁电阴极电子枪,给出了模拟计算及其初步实验结果.电子枪为皮尔斯枪型,采用顺电相陶瓷Ba0.67Sr0.33TiO3作为铁电阴极材料,电子枪电压脉宽80 ns,幅值最大可达80 kV,设计电子枪导流系数为0.15×10-6 A·V-3/2.电子枪电压从30 kV逐步增大到56 kV,测量到其发射电流从0.7 A逐步增大到2.5 A.根据实验结果拟合得到的电子枪导流系数为0.2×10-6 A·V-3/2,与设计基本符合.

针对向内发射同轴虚阴极振荡器进行了1维理论分析,给出了电流电压关系的数值解,估算了同轴漂移区空间电荷限制流及虚阴极位置;同时使用MAFIA程序进行了全3维PIC数值模拟研究,通过调节阴极电子发射区与阳极反射板之间距离进行了一系列计算,得到了圆波导中各传输模式频谱及功率.结果表明,尽管使用圆周对称的同轴结构,输出模式中TE11和TM01仍占主导地位,两种模式共同存在,相互竞争.在最佳情况下,当二极管电压为250 kV,电流为20 kA时,得到了微波输出总功率最高为740 MW,功率效率超过10%,主频为3.18 GHz,同时含有较强TE11和TM01模式成分的微波输出.

讨论了不同发射机理对铁电阴极材料性能的要求,对PZT(锆钛酸铅)系铁电陶瓷工艺过程中的关键步骤进行了研究.通过掺杂改性和改进预烧条件等手段,有效地改善了材料的性能参数,制备出相对介电常数大于3 000的弛豫相铁电陶瓷和压电常数大于500×10^-12C/N的铁电相铁电陶瓷.在初步的发射实验中,使用改进工艺后的PLZT8/65/35制备的铁电阴极,触发脉冲5.4 kV时,获得的发射电子电流密度达到800 A/cm²,远大于C-L定律计算的发射电流.

为了给回旋行波放大器中螺旋管的设计提供一种简单易行的计算和优化方法,构建了特定的螺旋型回旋管模型,并用色散特性方程和MAFIA软件计算了其色散特性.采用MAFIA软件计算时,由于周期条件,相移从-180°到180°,每30°计算一次,对应的传递常数从-0.837 8 cm^-1变化到0.837 8 cm^-1.由于在准周期条件中相应的相移对应相应的传递常数,求解出对应的基模频率,通过模式识别,得出耦合以后的模式频率,即可以得出色散曲线.结果表明:在8.3～10.6 GHz的工作频率范围内,两者的计算结果吻合较好,相对偏差小于0.5%.色散曲线趋于斜率为正的直线,该特性说明了螺旋型回旋行波管具有较高的工作效率和较宽的带宽.