为改善一种L波段磁绝缘线振荡器（MILO）重复频率运行时的真空环境，建立了器件在分子流下的抽气模型，采用Monte-Carlo方法对阴极脉冲放气后的瞬态抽气过程进行了模拟计算，获得了不同时刻气体分子在MILO内部的3维分布情况，并据此提出了一种“分布式”抽气方案，即在MILO靠近气源的微波传输区增加一抽气单元，以缩短脉冲间隔内的抽气时间。在Torch-01调制器上开展了MILO“分布式”抽气的实验验证，结果显示，“分布式”抽气时的气压下降特征时间为单泵的0.22倍，与模拟结果基本一致；初步的重复频率测试也表明“分布式”抽气能够缩短脉冲串间隔内的抽气时间以保持器件运行时的真空水平。在所给实验条件下，从真空的角度，“分布式”抽气能够使MILO有效运行的重复频率数提升至单泵抽气时的5倍。

针对一种返波管常规收集极，实测了电子束在收集极内表面的有效作用面积，以电子能量700 keV、束流7 kA和脉宽50 ns为例，计算了单脉冲时的热功率沉积和平均热流密度。利用通用有限元软件ANSYS，采用脉冲热源加载的方式，在对流换热系数7 000 W/(m2·℃)、水温20 ℃的条件下，得到了收集极10～100 Hz运行时温度历史曲线及温度分布，并比较了不同重复频率下收集极平衡温度与对流换热系数的关系。如果以300 ℃为气体发生显著热脱附的温度阈值，对流换热系数为7000 W/(m2·℃)时，能够满足重复频率50 Hz以下运行,而到100 Hz时，对流换热系数则需增加到104 W/(m2·℃)。根据流体计算公式，给出了不同对流换热系数对应的水流流速。

提出并研制成功了开耦合孔锁定的长脉冲、重复频率运行的相对论扩展互作用腔振荡器(REICO)。将数值模拟和实验研究紧密结合, 分析了长脉冲REICO实验中模式竞争和脉冲缩短的根源, 提出了开耦合孔的三间隙扩展互作用腔结构, 有效抑制了长脉冲束流调制的模式竞争和脉冲缩短问题, 使调制束流脉宽由60 ns提高到140 ns, 调制束流由2 kA提高到5 kA, 经过优化REICO参数, 使器件的辐射微波功率和效率有了明显提高。采用500 kV/4.2 kA/210 ns/20 Hz的电子束驱动S波段REICO, 实现了峰值功率570 MW、频率2.89 GHz、脉宽大于160 ns、重复频率20 Hz的辐射微波稳定输出, 功率效率27%, 能量效率23%。

为获得天鹅绒阴极加电运行时的放气信息,在加速器Torch-02(电压约300 kV、脉宽约6 ns、电阻约100 Ω、频率1~300 Hz)上开展了单次及重复频率下的真空兼容性实验研究。对于发射面积为28 cm2、阴阳极间距50 mm、有效抽速62 L/s、容积为4.6 L的真空二极管-天鹅绒阴极系统,根据不同电流发射密度时的气压历史曲线,确定了单位面积上天鹅绒表面中性气体释放数目与脉冲能量的关系。通过实时记录不同频率下的气压演化,在本底气压约5×10-3 Pa、单脉冲能量约6 J条件下,得到了平衡压强与重复频率的变化关系:10~100 Hz时,平衡压强与重复频率近似呈线性递增;超过100 Hz时,真空恶化明显,气压随频率呈超线性增长,300 Hz时平衡压强已升至Pa量级。最后,针对重复频率运行时的放气特点,讨论了一种“分布式”抽气思想以改善系统有效抽速。