强激光与粒子束
2023, 35(7): 073002
近年来热阴极特别是钪系阴极得到充分发展，有望成为高功率微波的电子源。提出一种基于热阴极的新型“面包圈”式电子枪模型，以此电子枪作为相对论返波管的环形电子束发射源。通过仿真软件 CST PARTICLE STUDIO对模型进行仿真验证，所得电子枪发射电流为 786 A，阴极发射电流密度为30 A/cm2，电子束密度为 305 A/cm2，电子通过率为 99.9%。最后对热阴极在高功率微波器件中的应用进行了初步探索。
环形电子束 热阴极 相对论返波管 高功率微波 annular electron beam thermionic cathode relativistic backward wave oscillator high power microwave 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(1): 131
1 电子科技大学 物理电子学院, 微波电真空器件技术重点实验室, 成都 610054
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
为了探索相对论速调管放大器(RKA)的小型化技术, 开展了同轴RKA周期永磁聚焦的物理与设计技术研究。周期永磁聚焦系统采用Halbach阵列结构, 产生的磁场类型为周期性会切磁场。首先给出该系统的磁场各个分量的表达式, 分析该系统磁场分布的特点, 并推导得出该系统聚焦强流环形电子束的稳定条件。根据该稳定条件, 对Ka波段同轴RKA设计了一个周期永磁聚焦系统, 并优化了周期磁场参数, 确定了磁场系统设计的最佳周期和幅值。研究结果显示, 周期永磁(PPM)聚焦系统在周期长度18 mm和磁场幅值033 T的条件下可引导500 kV、6 kA的同轴RKA, 得到1 GW的微波输出功率, 物理分析确定了周期永磁聚焦系统应用于高功率同轴RKA的技术可能性。
同轴相对论速调管 周期永磁聚焦 强流环形电子束 coaxial relativistic klystron periodic permanent magnet focusing annular intense relativistic electron beam 强激光与粒子束
2018, 30(6): 063007
1 中国工程物理研究院 a.应用电子学研究所
2 b.高功率微波技术重点实验室，四川绵阳 621999
对比研究了真空管道中环形电子束与位于束团中心的实心束在管道壁上产生的场分布，证明束流位置探测(BPM)技术可用于电流密度均匀分布的环形电子束位置测量。采用点密度不均匀性模型，分析了环形电子束角向不均匀性对测量精确度的影响。结果显示，当环形电子束电流密度不均匀性为 10%时，对位置分辨率精确度的影响为 0.1 mm。初步开展了 BPM系统设计，并对纽扣电极半径和输出端口半径进行了优化设计。
束流位置探测 环形电子束 不均匀性 beam position monitor annular beam non -uniformity 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(4): 670
采用图像诊断方法对高能环形电子束形状及空间尺寸进行了研究，以高能脉冲环形电子束轰击高Z靶材料产生脉冲X射线，X射线经过X射线增感屏转换为可见光，用单次图像采集系统获取可见光的积分图像。为满足诊断所需的空间分辨和系统灵敏度，通过理论计算确立了靶的材料、厚度及X射线增感屏的型号和厚度等参数。根据测试环境，设计了系统的现场安装结构，系统基本满足测试要求。分析从实验中获取的图像，可知环形电子束的内径为36.5 mm，环厚为1 mm，环形不均匀，水平方向电子束强。
环形电子束 图像诊断 X射线增感屏 annular Electron Beam image Diagnosis System X-Ray imaging CCD CCD
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院,四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 机械制造与工艺技术研究所,四川 绵阳 621900
对有限引导磁场环形电子束的色散曲线作了理论推导,并利用该色散关系数值计算了正弦慢波结构的色散曲线。采用KARAT模拟程序对0.14 THz返波管进行了粒子模拟,并在RADAN303脉冲源上开展了初步的实验研究,实验获得频率大于0.14 THz、脉冲宽度1～2 ns和辐射功率大于100 kW的太赫兹波输出。
慢波结构 返波管 太赫兹波 环形电子束 slow wave structures backward wave oscillators terahertz wave annular beam
国防科学技术大学 光电科学与工程学院,长沙 410073
得到了1维条件下电子均匀分布时,环形电子束在同轴波导内轴向传输的空间极限电流解析表达式。通过讨论解析式在薄电子束和波导内导体半径为0等极限条件下的近似情况,分析了其合理性。在电子束非均匀分布的条件下,对空间极限电流进行了数值求解,并与解析计算结果进行了比较。理论研究表明:环形电子束在同轴波导内具有较圆柱波导内更高的空间极限电流,而且当电子束靠近波导壁时,空间极限电流会显著提高。
空间极限电流 同轴波导 环形电子束 1维运动 轴向强导引磁场 space-charge limited current coaxial waveguide hollow electron beam one-dimension model strong axial guiding magnetic field
1 电子科技大学,物理电子学院,成都,610054
2 中国工程物理研究院,应用电子学研究所,四川,绵阳,621900
主要研究了强流相对论环形电子束在等位谐振腔内的非线性自调制振荡,用小信号理论分析了电子起振的条件,得出了电子起振的扰动频率.基于该理论分析,又提出了一种不外加磁场的新型高功率微波器件,该器件主要由一个圆柱谐振腔和一个同轴波导输出腔构成.用2.5维MAGIC粒子模拟软件对该非线性过程进行数值模拟,分析了输入电压、电流对输出微波功率的影响.模拟结果表明这种结构中确实存在非线性不稳定性,自调制的扰动频率则由电子束的初始能量、电荷密度和电子束的半径以及谐振腔的空间结构给定.利用谐振腔长为4.7 cm、二极管电压为2.8 MV、电流为20 kA的电子束,可以得到频率为4.29 GHz、功率为6 GW的微波输出,束-波转换效率约为11%.
高功率微波 强流相对论环形电子束 自调制振荡 PIC模拟 强激光与粒子束
2006, 18(11): 1855
针对基于SOS脉冲功率源S-5N的输出特点,利用PIC数值模拟软件,为S-5N设计了能够工作在低引导磁场条件下的无箔二极管系统,并在S-5N脉冲功率源上进行了低引导磁场环形强流电子束产生的实验研究.在引导磁场为0.5 T条件下,无箔二极管电流输出波形近似为梯形波,脉冲上升沿约9 ns,平顶部分约26 ns,二极管电压420 kV,电流2.7 kA,束斑平均半径约16 mm,具有良好的均匀性.
无箔二极管 强流环形电子束 低引导磁场 Foilless diode Annular electron beam Low guiding magnetic field
