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。     

双阳极回旋管磁控注入电子枪设计

对真实磁场进行拟合,根据电子光学原理以及绝热压缩理论,运用EGUN软件,设计了工作模式为TE34,19的170 GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪。最终得到的电子注速度比约为1.3,速度零散小于3%。分析了调节磁场位置、阴阳极间距、阳极间距等因素对电子注性能的影响。结果表明:电子注的速度比和速度零散对于这些影响因子的变化比较敏感,随着阴阳极间距以及阳极间距的增加,速度比逐渐减小,速度零散先减小后增大。设计的双阳极电子枪已应用于整管实验中。     

170 GHz回旋管大束流双阳极磁控注入电子枪的分析及设计

 基于绝热压缩原理和强流电子光学理论,设计了一只170 GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪,经过理论分析及计算,采用仿真软件进行模拟和优化,最终得到的电子枪的电子注速度比为1.31,横向速度零散度为3.5%,纵向速度零散度为6.1%,束电流为51 A。讨论了阴极磁场、控制阳极电压和第二阳极电压等因素对电子注性能的影响,发现电子注的速度比和速度零散度对这些影响因子的变化都非常敏感:随着阴极磁场的增大,电子注的速度比减小,纵向速度零散度先增大后减小,横向速度零散度先减小后增大;阳极角越接近阴极倾角,纵向速度零散度越小;阳极角向着减小阴阳极间距的方向变化时横向速度零散度变小;增大第一阳极电压可以增大电子注的速度比和电子注的速度零散度。在两阳极电压不变的情况下,增大阴阳极之间的距离会使电子注的速度零散度和电子注的速度比减小。     

双注磁控注入电子枪

为了增加回旋管的功率,采用双注磁控注入电子枪产生相对论电子注。与双阳极磁控注入电子枪相比,双注磁控注入电子枪产生双束电子注,在不影响电子注质量的基础上,增加电子枪的电流;电子枪产生相同电流时,双注磁控注入电子枪电子注电流小,电子注电子之间的空间电荷效应小,能够降低电子注的速度零散,提高电子注的质量。采用MAGIC软件数值模拟双注磁控注入电子枪,设计出一支大束流、低速度零散的双注磁控注入电子枪。     

全三维110GHz和220GHz同轴腔双注回旋管数值模拟研究

为了打破传统单注回旋管只能产生较低功率的局限性, 本文基于自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC 对110 GHz和220 GHz同轴腔双注回旋管进行全三维数值模拟研究. 在理论分析同轴双电子注电子枪设计模型和初始参数的基础上通过CHIPIC对其进行优化设计, 得到了具有横纵速度比为1.0, 最大速度零散约为5.4%的高性能电子束; 并将此优化后的双阳极双注电子枪取代传统回旋管数值模拟时采用的回旋 发射进行110 GHz和220 GHz双注回旋管整管的数值模拟, 并采用MPI四进程并行计算, 最终获得了具有双频分别为110 GHz和220 GHz、模式为TE₀₂模、平均输出功率约在70 kW、 效率达到8.75%的高性能双注回旋振荡管. 关键词： 同轴腔双注回旋管 同轴双电子注电子枪 横纵速度比 速度零散     

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。     

0.6 THz三次谐波大回旋电子枪设计

基于会切磁场的理论模型,采用粒子模拟软件对0.6 THz三次谐波的太赫兹回旋管所需的大回旋电子光学系统进行研究。通过大量的模拟计算,分析讨论了不同参数对电子注的横向速度离散、纵向速度离散及横纵速度比的影响,优化了电子光学系统的性能参量,得到符合设计要求且具有工程实际应用的电子枪,该电子枪能够产生55 kV,1 A,横向速度离散为3.39%、纵向速度离散为7.10%、横纵速度比为1.53的大回旋电子注。     

行波管电子枪数值模拟设计的判定

 提出了采用数值软件模拟法进行行波管电子枪设计时对电子注质量好坏的判断准则：电子枪应具有更好的阴极表面电子发射密度均匀性、电子注层流性、注腰位置附近电子注径向密度分布均匀性及某百分比电子注包络曲线的光滑性等。利用编写的软件对某行波管电子枪进行数值模拟设计时,不断调整电子枪的结构,应用以上设计准则,通过对电子注质量进行判定和比较,得到了相对更符合设计要求的电子枪结构。     

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。     

全三维55GHz双阳极磁控注入式电子枪数值模拟

根据绝热压缩和角动量守恒理论对55GHz双阳极磁控式注入枪进行了初始参数的设计,并利用自主研发的三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟,通过改变阴极半径、电子注电流、阴极磁场等参数来分析其对磁控注入式电子枪输出结果的影响。最终通过优化参数和综合因素的考虑,得到了横纵速度比为1.44、最大速度零散为5.8%的高性能电子束,能够很好满足55GHz回旋振荡管对电子束的要求。     

双阳极磁控注入枪设计参数对其性能的影响分析

 对34GHz基波回旋管双阳极磁控注入枪的优化做了详细的研究和计算，数值模拟了阳极电压、注电流、枪体尺寸加工误差、外加直流磁场等因素对电子枪的影响。模拟结果表明：增大阳极电压不但可以提高速度比，而且可以降低横向速度零散。磁场压缩比减小，使电子注具有最小速度零散的电流值增大；同时，电子注的速度比降低，最小横向速度零散值也增大。必须慎重选择阳极形状，以提高电子枪的性能并保证电子注的稳定性；同时，还发现由于阳极结构的变化导致阴极电场分布的变化，使电子注的注电流在各因子变化过程中出现了微小的扰动。减小Bc可以增大电子注的速度比，还可以减小电子注的横向速度零散，但是当电子注的速度比增大到一定值时，电子注的性能就会变得不太稳定。     

紧凑型L波段磁绝缘线振荡器的粒子模拟

采取减小阴极杆半径和长度、阴阳极间隙、叶片的长度和厚度及慢波结构周期的办法构造了一种紧凑型磁绝缘线性振荡器（MILO），并用2.5维全电磁PIC方法对这一器件进行了粒子模拟研究。该装置主频为1.9GHz，饱和后平均输出功率达5.4GW，束波转换效率达12％。紧凑型MILO结构能避免电击穿，电子束发射的对称性较易控制。     

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.     

Beam Characteristics of Mechanically Tunable Magnetron Injection Guns

Gyrotron has received extensive attention owing to its high-power capability, particularly when the wavelength shrinks below the millimeter-wave range. The electron beam of a gyrotron is typically generated by a magnetron injection gun (MIG), and a mechanically tunable MIG is employed to enhance the beam quality. However, a slight adjustment in the position of the center electrode of the mechanically tunable MIG can cause significant modification of the electric-field profile. Consequently, the cathode current of the mechanically tunable MIG is not only dependent on the cathode temperature, but also the relative position of center electrode. To accurately determine the beam characteristics of the mechanically tunable MIG, an improved computer program is employed to simulate electron trajectories. Simulation and measurement results indicate that although the magnetic field and compression ratio do not influence the beam current of the mechanically tunable MIG, but the beam current of the MIG depends on the cathode temperature and relative position of the center electrode. Finally, an improved mechanically tunable MIG design is developed to enhanced an beam quality while minimizing beam current variation.     

双阳极磁控注入枪束流特性的研究

 介绍了用于34GHz基波回旋速调管的双阳极磁控注入枪的结构特点，为了准确分析磁控注入枪的束流特性，建立了阴极表面理论模型，用新编制的程序模拟了电子轨迹。模拟和测量结果显示磁场对磁控注入枪的束流有影响，磁控注入枪的束流也与阴极温度和空间电荷效应有关系。     

大回旋电子束双磁会切电子枪的设计

 分析了Ka波段二次谐波回旋行波管双磁会切电子枪的理论模型，计算了电子枪的设计参数；采用EGUN软件进行模拟，设计出了产生大回旋电子束的双磁会切电子枪。该枪电压为70 kV，电流为3.35 A，电子束横纵速度比为1.62，速度零散为4.2%。给出了电子束速度比、速度零散沿轴线的分布，进而讨论了阳极电压对电子束性能的影响，结果表明选择适当的阳极电压和阴极磁场对得到好的电子束参量作用明显。     

A 35-GHz low-voltage third-harmonic gyrotron with a permanent magnet system

A systematic theoretical and experimental study on a 35-GHz 45-kV third-harmonic gyrotron with a permanent magnet system is presented in this paper. A complex cavity with gradual transition and a diode magnetron injection gun (MIG) are employed in the gyrotron. A self-consistent field nonlinear theoretical investigation and numerical simulation for electron beam interaction with RF fields are given. The diode MIG is simulated numerically utilizing our code in detail. The permanent magnet system provided the maximum axial magnetic field of about 4.5 kG in the cavity region of the gyrotron. The Ka band third-harmonic complex cavity gyrotron with a permanent magnet system has been designed, constructed, and tested. A pulse output power of 147.3 kW was obtained at a beam voltage of 45 kV with beam current of 32.2 A, corresponding to an efficiency of 10.2%.     

Towards a 1 MW, 170 GHz gyrotron design for fusion application

The electrical design of different components of 1 MW, 170 GHz gyrotron such as, magnetron injection gun, cylindrical interaction cavity and collector and RF window is presented in this article. Recently, a new project related to the development of 170 GHz, 1 MW gyrotron has been started for the Indian Tokamak. TE_34,10 mode is selected as the operating mode after studied the problem of mode competition. The triode type geometry is selected for the design of magnetron injection gun (MIG) to achieve the required beam parameters. The maximum transverse velocity spread of 3.28% at the velocity ratio of 1.34 is obtained in simulations for a 40 A, 80 kV electron beam. The RF output power of more than 1 MW with 36.5% interaction efficiency without depressed collector is predicted by simulation in single-mode operation at 170 GHz frequency. The simulated single-stage depressed collector of the gyrotron predicted the overall device efficiencies >55%. Due to the very good thermal conductivity and very weak dependency of the dielectric parameters on temperature, PACVD diamond is selected for window design for the transmission of RF power. The in-house developed code MIGSYN and GCOMS are used for initial geometry design of MIG and mode selection respectively. Commercially available simulation tools MAGIC and ANSYS are used for beam–wave interaction and mechanical analysis respectively.