120 MW束流功率速调管电子枪设计

 速调管电子枪是速调管重要部件之一,它为速调管高频腔提供直流电子注。对国产50 MW速调管电子枪束流光学系统进行了模拟分析,并对电子枪陶瓷筒进行了重新设计和优化。为了在国产30 MW速调管的基础上设计50 MW速调管,采用进口钡钨电子枪阴极来减小蒸发和抑制打火,将电子注电压提高到320 kV,电流和导流系数分别为346 A和1.91 μp,以满足速调管功率提高的需要。设计出低电场强度（22.1 kV/mm）电子枪新结构,即在不影响电子枪内部束流稳定的前提下,将陶瓷筒设计成靠近阴极端半径较大而远离阴极端半径较小的形状,以避免高功率运行致使陶瓷筒的损坏。     

NEPCⅡ新电子枪热结构分析与测试

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)要求其直线注入器提供更高的能量和流强, 为此必须设计大电流和小发射度的新电子枪, 以提高正电子的产额. 利用ANSYS对BEPCⅡ新电子枪的温度场分布及结构的热变形进行了模拟分析. 对于电子枪复杂的内部结构形态以及能量转换方式, 分析了传导传热方式对温度场的影响. 在此基础上进行了温度场与结构变形的耦合分析, 利用EGUN对电子枪形变前后束流光学特性进行模拟分析, 并对模拟结果与试验 测试结果进行了分析比较.     

高峰值功率多注速调管电子光学系统的研究

 分析了存在于高峰值功率多注速调管电子光学系统中的问题。采用间接设计方法设计了S波段50 MW多注速调管的电子光学系统。设计中采用分立屏蔽筒结构解决电子枪区聚焦场的旁轴对称问题。利用2维电子光学软件EGUN、3维电磁模拟软件MAFIA和PIC粒子模拟程序对电子轨迹进行了模拟，结果表明：分立屏蔽筒结构可以获得较好的旁轴对称场，电子光学系统的电子轨迹比较理想。     

高功率速调管聚焦磁场设计研究

 国产45 MW速调管是在原国产30 MW HK-1型速调管的基础上改进和发展起来的，其聚焦磁场设计也是参照30 MW速调管聚焦磁场设计并在其基础上加工改造完成。为此必须对旧聚焦系统进行改造，设计出符合需要的磁场分布，以满足45 MW速调管工作的需要。首先从理论上找出速调管工作时的理想磁场值，根据该磁场分布设计出相应的线圈结构；其次根据45 MW速调管的结构尺寸，对30 MW速调管的线圈支架进行改造，利用旧线圈和新支架组成新的聚焦系统；最后，根据理论模拟和测试结果，调整和优化各组线圈的电流值，给出速调管工作时的各组聚焦电源运行参考值。叙述了新聚焦线圈的理论设计和测试分析，包括新线圈支架的设计、水冷系统与线圈的结构安排和整体的测试结果，最后根据速调管高功率测试运行状态给出速调管工作时的聚焦线圈电流的参考值。     

光学相关论题

电子光学O463.12007021959高峰值功率多注速调管电子光学系统的研究=Electro-op-tical systemin high peak power multi-beam klystron[刊,中]/张瑞(中科院电子学研究所.北京(100080)),王勇//强激光与粒子束.-2006,18(9).-1519-1523分析了存在于高峰值功率多注速调管电子光学系统中的问题。采用间接设计方法设计了S波段50MW多注速调管的电子光学系统。设计中采用分立屏蔽筒结构解决电子枪区聚焦场的旁轴对称问题。利用二维电子光学软件EGuN、三维电磁模拟软件MaFIA和PIC粒子模拟程序对电子轨迹进行了模拟,结果表明,分立屏蔽筒结构可以…     

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。     

毫米波速调管电子光学系统的研究

电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键,毫米波速调管零件尺寸较小,为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率,要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析,确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案,利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算,并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压26 kV,发射电流2 A,互作用区长度30 mm,磁场强度大于0.6 T,流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统,电子枪工作电压17 kV,电流0.65 A,互作用区长度20 mm,磁场大于0.9 T,流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管,设计的电子光学系统能够满足速调管工程化需求。     

回旋速调管双阳极磁控注入电子枪的设计与优化

 根据8 mm回旋速调管放大器对双阳极磁控注入电子枪的要求，分析了电极形状、阳极电压、磁场、注电流对电子注横纵速度比和速度零散的影响，并进行了粒子模拟。分析表明：这些因素可归根为电场和磁场的作用，阴极附近高的电场有助于提高横纵速度比和降低速度零散；而高的磁场及低的磁压缩比将降低横纵速度比，但对速度零散影响无明显规律。在此基础上通过优化电极形状、磁场分布、电流、第一阳极电压和第二阳极电压，模拟并试制出工作电压65 kV、电流12 A、磁场1.4 T的双阳极电子枪，得到的横纵速度比值为1.4，横向速度零散为4.5%， 为8 mm回旋速调管提供了稳定高质量的电子注。     

微波管电子枪三维粒子模拟研究

 分析了以往电子光学模型进行电子枪模拟工作过程及存在的缺陷，指出粒子模拟方法能够全面考虑空间电荷限制和温度限制、阴极热初速、电子注非层流性等因素，研究电子注的瞬态和噪声特性，是一种更准确的电子枪模拟方法。以某电子枪为例，运用Mafia PIC模块进行了模拟计算，与实验结果对比表明Mafia粒子模拟具有相当精度，可用于指导微波管电子枪工程设计。     

S波段超宽带高平均功率多注速调管的研制

介绍一种新型超宽带（相对带宽≥17%）S波段大功率多注速调管的研制过程及研制成果，该速调管首次在S波段实现了17%的相对带宽，带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施，提高电子注流通率及注波互作用效率，降低高频部分的散热压力，使该速调管仅在120 kW的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW的平均功率。同时，通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了3 ms脉宽的稳定工作及连续24 h稳定工作不打火。为实现3 min内满功率输出及2000 h的寿命，对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。本项目在能够实现指标的前提下，进行了小批量的生产及车载环境的环境试验，并针对可能产生的不可靠性因素，进行了改进，使产品真正能实现工程化应用，为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。     

Thermal analysis of electron gun for travelling wave tubes

Thermal analysis of a pierce type electron gun using the FEM software ANSYS and its experimental validation are presented in this paper. Thermal analysis of the electron gun structure has been carried out to find out the effect of heater power on steady state temperature and warm-up time. The thermal drain of the supporting structure has also been analyzed for different materials. These results were experimentally verified in an electron gun. The experimental results closely match the ANSYS results.     

多腔微波电子枪聚束腔作用分析

 分析了聚束腔中电场分布及电子的运动过程,使用RUNGE KUTTA法求出不同腔长时电子的俘获相位及不同初始相位电子的运动轨迹,讨论了加聚束段对减小电子反轰的作用。研制的4+1/2腔RF-gun使用首腔和第二加速腔作为聚束段,取得了高占空因子,较高束流功率的实验结果。     

铁电介质阴极电子枪

 给出并分析了铁电介质阴极电子枪的初步数值模拟和实验结果。实验表明其发射电子密度可达110A/cm²。该种电子枪产生的电流密度大于阴极发射电子初始能量为零时的空间电荷限制电流,PIC数值模拟结果表明可以通过给发射电子赋予一定的初始能量来解释这一现象,理论分析认为铁电介质阴极发射电子具有初始能量是合理的。     

THz Coherent Vavilov-Cherenkov Radiation in a Special Three-Mirror Cavity

In the modern science and technology a compact and having enough output power terahertz radiation source working in room temperature have earned great attention. This paper is devoted to utilize electron bunches stimulate Vavilov-Cherenkov Radiation (VCR) in a special three-mirror quasi-optical cavity to generate coherent THz waves. This novel three-mirror quasi-optical resonant cavity has the coaxial field pattern which enables field establish in this cavity effectively. The analytical theory of the radiation exited by a train of electron bunches in the special kind of three-mirror cavity has been carried out and the coherent VCR has been achieved by the computer simulation. All those shows that this method can be used to establish useful THz radiation source by the normal electron gun and the commonly used microwave devices.     

考虑液面凹陷时金属熔化与蒸发的数值研究

将关于液面凹陷的Young-Laplace方程与关于金属溶池的流体力学方程组及关于金属蒸发的ＢＧＫ方程联立求解，在给定的电子枪加热条件下，获得了熔池流场和温度场图像及金属蒸气密度、速度和温度分布.数值计算结果表明，随电子枪功率增加，金属的蒸发速率增加，蒸气的密度增大、温度降低而速度升高.与假设液面为平面的情况相比，考虑液面凹陷后求得的液面温度较低，金属的蒸发速率较小，并且这种差别随电子枪功率的增加而扩大.因此对于高功率电子枪加热金属蒸发，必须考虑液面凹陷的影响才能得到符合实际的结果. 关键词： 液面凹陷 Young-Laplace方程 熔池 金属蒸发     

Ultra-low emittance X-band photocathode RF gun

In this paper, we present the simulation results of a 1.6 cell X-band photocathode RF gun for ultra-low emittance electron beams. It will work at 9.3 GHz. The emittance, bunch length, electron energy and energy spread at the gun exit are optimized at bunch charge of 1pC using PARMELA. Electron bunches with emittance about 0.1 mm·mrad and bunch length less than 100 fs can be obtained from this gun. A PITZ type coupler is adopted in this gun and an initial simulation by MAFIA is also given in this paper.     

HIRFL—CSR电子冷却装置的电子枪设计

 从理论上推导并分析了绝热加速原理，进而应用改进的EGUN程序对HIRFL – CSR冷却装置电子枪进行了模拟设计。给出了电子束的横向温度随电极结构和螺线管纵向磁场的变化情况。计算结果表明：在冷却装置的整个工作能量范围内，可以获得横向温度低于0.1eV的电子束。     

Improved Computer Program for Magnetron Injection Gun Design

Gyrotron has received extensive attention owing to its high-power capability, especially when the wavelength shrinks below the millimeter-wave range. The electron beam of a gyrotron is typically generated by a magnetron injection gun (MIG). For high cathode current density, the MIG may operate in a region that combines temperature limited and space-charge limited emissions. An improved computer program for electron gun design is appropriate for MIGs that operate between space-charge limited and temperature limited emission. Moreover, the initial input formation of the program resembles that of the EGUN code. Analysis of a Pierce electron gun and MIGs reveals that the stimulated beam current appears consistent with the measured results. However, EGUN simulation results in which the cathode emitters of MIGs are chosen for the temperature limited emission differ from those of our simulation results. This difference is most likely owing to that the initial emitting energy can not be completely described in the EGUN simulation. Finally, the improved computer program is used to design a MIG for a Ka-band, TE₀₁ mode gyro-TWT.