单阳极磁控注入电子枪的设计

 该单阳极磁控注入电子枪是为8mm永磁包装回旋振荡管设计的。首先利用绝热理论和角动量守恒理论进行了初始的电极参数设计,其次讨论和选取数值计算方法,然后利用自编的程序进行数值计算和优化,同时讨论了空间电荷的影响和速度零散的改善,最终得到最佳的电极和电子注参数。该电子枪已经应用于制管实验中。     

微束斑X射线源LaB_6阴极电子枪的设计

LaB6阴极电子枪是微束斑X射线源的关键组成部件之一。详细的讨论了电子枪的各组成电极 ,即LaB6阴极、Wehnelt栅极和阳极的设计。采用边界元法 (BEM )对电子枪内部电场电位和场强分布进行了有效的数值计算 ,并从阴极开始起利用四阶Runge Kutta法追踪电子的运动轨迹。给出了当阳极端口处电子束半径为设计值时各电极电压、电极结构等工作参量 ,利用该LaB6阴极电子枪可以满足微束斑X射线源需要高亮度、微细电子束发射的要求。     

8 mm二次谐波回旋速调管放大器双阳极磁控注入电子枪的设计

 计算了8 mm二次谐波回旋速调管双阳极电子枪的设计参数，根据这些参数，采用EGUN软件进行模拟和优化，设计出了一只双阳极磁控注入电子枪，该枪的电子束纵横速度比为1.45，速度零散为5.4%，并讨论了电极形状、磁场分布、电流、控制极电压和第二阳极电压对电子注性能的影响，结果发现电子注对这些影响因子非常敏感，设计中应对它们进行充分优化。     

低速度零散的双阳极磁控注入电子枪设计

根据0.14 THz共焦波导回旋行波管对电子枪的要求,完成了双阳极磁控注入电子枪的设计。使用PIC软件对理论设计得到的结构参数进行了模拟优化,最终得到该枪的电子注横纵速度比为0.75,纵向速度零散1.33%。讨论了电极形状、阴极磁场、控制极电压及发射电流对电子注性能的影响,结果表明,设计过程中应对它们进行充分的优化。     

94 GHz单阳极磁控注入式电子枪初始参数设计

根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求,在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计, 基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示:该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%,符合回旋振荡管对电子注的要求。     

毫米波回旋速调管磁控注入电子枪模拟计算

介绍了毫米波回旋速调管磁控注入电子枪的结构与特点。电子枪提供的电子束流性能直接影响到回旋速调管的总体参数,为保证整管的效率和输出功率,利用电子枪模拟程序对电子轨迹进行模拟计算,研究了电极形状、磁场分布以及电子轨迹与电子注参量的影响,并为磁控注入电子枪的设计提供了理论依据。     

1THz回旋管双阳极磁控注入电子枪的分析及设计

基于电子光学理论,通过编程进行大量的数值计算,设计了一支用于1THz回旋管的双阳极磁控注入式电子枪.对双阳极磁控注入电子枪的计算及设计进行了阐述,并对1 THz回旋管电子枪中高磁压缩比(f_m=125)可能导致电子反转的问题进行了详细的分析和模拟.通过对电子枪进行了仿真和优化,最后计算和设计了一支速度比适中(α=1.3),速度零散较小(Δβ<8%) 的电子枪.     

空心阴极等离子体电子枪研究

对空心阴极等离子体电子枪的理论与机理做了较详细的分析，介绍了空心阴极放电特性，论 述了激励电极和调制电极在空心阴极内等离子体形成过程中的作用，分析了等离子体中电子 和离子的运动及主要参数，推导出空心阴极内电场与电流密度的表达式，研究了形成稳定电 子束流的基本条件.利用泊松方程、电流连续性方程和运动方程对其进行了数值模拟计算， 并给出了优化结果. 在此基础上设计出了输出束流脉宽为1μs、幅值达2kA的空心阴极等离 子体电子枪. 关键词： 空心阴极 等离子体 电子枪     

高效率行波管电子枪设计及其优化

 利用综合迭代法初步确定了用于高效率行波管的电子枪几何尺寸参数，考虑电子枪设计对导流系数、注腰半径、层流性等参数提出的要求，通过建立评价电子注性能优劣的目标函数以量化设计结果;应用EGUN软件和步长加速直接求优的方法对目标函数进行了优化，优化结果满足了设计要求。该电子枪已经用于制管实验，电子注静态通过率99.7%,动态通过率98.0%,电子效率达到34%，实验结果进一步验证了该电子枪设计的合理性。     

回旋管单阳极电子枪计算机辅助设计

 根据回旋管对电子枪的要求，采用综合法和分析法设计了该单阳极磁控注入电子枪。编制了一套大型的计算程序，利用计算机辅助设计，给出了电极形状、电子轨迹与电子注参量。计算表明，这种电子枪具有速度零散小、层流性较好、体积小等特点。该枪已用于制管实验中。由热测实验表明，它具有明显的优点，并获得了127kW的峰值功率和超过10%的效率。     

轴对称平板二极管空间电荷限制流的2维效应

 应用精度较高的体积加权电荷、电流分配模型,对轴对称平板二极管的空间电荷限制流2维效应进行了粒子模拟研究。选取电压分别为100 kV和1 MV两种情况,对空间电荷限制流受二极管尺寸影响的规律进行了模拟。模拟结果表明,2维效应使空间电荷限制流密度随二极管形状因子(阴极发射半径与阴阳极间隙的比值)的减小而增大,且受相对论效应的影响不明显。经数值拟合得到了空间电荷限制流2维效应与形状因子相关的二阶经验公式,其一阶系数与一阶理论结果基本一致,约为1/4。     

电子初始能量对双向流二极管空间电荷限制流密度的影响

 从理论上研究了阴极发射电子初始能量对一维平面非相对论性双向流二极管内空间电荷限制电子、离子流密度的影响,并与阴极发射电子初始能量为0情况下的空间电荷限制电子、离子流密度进行了比较。     

强流环形电子束在同轴永磁Halbach结构磁路中传输的初步分析

利用有限元程序SUPERFISH计算求解了同轴永磁Halbach结构磁路的磁场, 并推导出该磁场位形磁感应强度各分量的近似表达式. 利用流体模型分析了作用在电子束上的力并导出了改进马丢方程形式的径向力平衡方程, 给出了平衡条件; 利用2.5维全电磁粒子模拟程序研究了强流环形电子束在该周期系统中传输的物理过程. 计算得出强流相对论电子束的稳定传输与电子束电流, 电子束厚度, 磁场强度, 电子束入射角度等因素有关. 分析认为利用同轴永磁Halbach结构磁路导引数KA的环形电子束, 并使之稳定传输是可能的. 同时该磁场聚焦形式也为Ubitron中的束--波相互作用提供了一个作用机制.     

新型二次电子倍增阴极的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种新型二次电子倍增阴极强流二极管,并对其进行了动力学理论简化模型和蒙特卡罗数值模拟的对比验证研究。首先,基于设计结构原型,根据二次电子发射特性进行合理简化,建立了动力学模型,获得了电子速度、位移以及渡越时间的解析结果,并结合Vaughan的二次电子产额模型,确定了该新型二次电子倍增阴极强流二极管的理论工作区间;其次,理论分析了施加径向电场的重要意义,并给出了二次电子运动特征参数(最大位移、渡越时间、碰撞能量等)的理论预估结果;最后,对该新型二次电子倍增阴极强流二极管进行了蒙特卡罗模拟研究,获得了电子的运动轨迹、碰撞能量以及二次电子倍增工作区间等物理图像,并将蒙特卡罗数值模拟结果与理论结果进行了比对,两者吻合程度较好,对可能的误差来源进行了分析讨论。理论和模拟结果表明:新型二次电子倍增阴极强流二极管概念可行,工作区间内通过调整施加电场与磁场幅值,可有效达到电子运动状态可控的目标。另外,理论粗估了二次电子倍增饱和条件下的阴极发射电流密度,结果表明:发射电流密度可达kA/cm2水平,具备强流发射特性;增加外加径向场强幅值可有效提升发射电流密度。最后,对该新型二次电子倍增阴极设计步骤和依据进行了讨论。     

耦合同轴磁绝缘传输线的低阻抗大面积轫致辐射二极管设计北大核心CSCD

为了设计与前端低阻抗同轴磁绝缘传输线耦合的大面积轫致辐射二极管,提出了一种利用锥形磁绝缘传输线(MITL)结合阴极开孔结构来对电子输运进行调节的二极管设计方案。该结构的主要特点是在不外加电子输运调控装置的前提下,利用大角度的入射电子产生轫致辐射,在靠近二极管出射窗附近形成大面积准均匀辐射区。采用二维粒子模拟与蒙特卡罗模拟(MCNP 4C)相结合的数值模拟方法对二极管进行了模拟和分析,对于如何构建更好反映角向均匀的MCNP源提出了新的想法。模拟结果表明,该设计方案可以实现在不外加电子输运调控装置的情况下,在二极管后端得到均匀大面积轫致辐射区。     

电子-离子碰撞对超热电子影响的PIC模拟计算

超热电子-离子的产生和输运在传统的ICF方案和“快点火”方案中都是很重要的问题.讨论了电子-离子碰撞对参量不稳定性产生超热电子的过程和超热电子输运过程的影响.指出电子-离子弱碰撞项的加入增强了碰撞吸收,提高了热电子温度,降低了静电波破裂时的场能.这些改变了超热电子的总能量和分布,使之更集中于静电波的相速;电子-离子碰撞的存在还增强了自洽电场,阻碍了超热电子的输运,同样也是超热电子能量下降的原因之一.同时,为确保计算结果的可靠,讨论了初条件对PIC模拟计算的影响,指出空间位置随机热启动容易引入非物理因素,对 关键词：     

向内发射同轴型二极管电流电压关系二维修正

 给出了对同轴型强流电子束二极管的电流电压关系进行的部分理论推导与介绍,同时利用PIC数值模拟以及实验研究得到的二维效应修正关系曲线。在研究中首先给出了对向内发射同轴型二极管在不同电压等级下的电流电压关系,然后用PIC数值模拟方法进行验证。对数值模拟的结果也给出了理论推导公式在不同状态下的二维效应修正因子与电子束流运动的特点。在研究中得到的电流电压关系理论公式基本上反映了不同条件下同轴型二极管的束流特性,所以此研究结果可以直接应用于包含同轴型二极管结构的脉冲功率器件的设计与实验结果的分析中,为实验中相关问题的解决提供设计的依据与理论分析基础。     

金刚石薄膜对电子束流强放大特性的数值模拟

为充分了解用于金刚石放大光阴极电子枪中的金刚石薄膜对初级电子束流强的放大特性及与其他因素的关系,利用VSIM软件的PIC模块对金刚石放大电子束流强的物理特性进行了数值模拟,结果给出了电子束流强的最大放大倍数与初级电子束能量、金刚石薄膜内部场强及金刚石薄膜厚度等因素的定量关系。模拟结果显示,选择合适的初级电子束能量和金刚石薄膜内部场强,电子束流强的最大放大倍数可以达到两个数量级。     

阳极杆箍缩二极管产生X射线能谱的模拟计算

采用粒子模拟,得到了阳极杆箍缩二极管阳极钨针上电子的空间分布和入射角分布,分析二极管工作状态得到了电子的能量分布.在此基础上建立阳极杆箍缩二极管的蒙特卡罗模型,模拟得到了阳极杆箍缩二极管的辐射能谱和X射线的平均能量,并与实验结果进行了比较.结果表明:09006炮光子平均能量为0.441 MeV,计算该能谱射线经过不同厚度铅衰减片后的剂量衰减情况,与叠片法PIN探测器所测的实验数据基本一致. 关键词： 阳极杆箍缩二极管 粒子模拟 蒙特卡罗方法 X射线能谱     

C波段三腔渡越时间振荡器的数值模拟

 用2.5维PIC程序对三腔渡越时间振荡器进行了数值模拟，给出了产生微波的详细物理图像。模拟表明：三腔渡越时间振荡器能调制强流电子束并输出微波，微波频率符合理论设计值。模拟得到了输出微波功率随栅网间距，随反向二极管轴向间距以及提取口径向间距变化的规律。输出微波功率与栅网间距的关系与线性理论基本相符。在电子束电压400kV，电流4kA的条件下，模拟得到的结果为微波峰值功率约600MW，频率5GHz，起振时间约3.5ns，峰值功率效率大于37%。