强流脉冲电子束作用下钽金属靶膨胀的轴向约束

研究了强流脉冲电子束与钽金属靶相互作用后靶材流体动力学膨胀的轴向约束问题。由于电子束在金属钛和钽内的能量沉积存在差异,未完全气化的钛箔对气化膨胀的钽材能够起到约束作用,并且可以通过吸收钽的能量来降低钽的膨胀速度。通过分析比较电子束在靶上形成孔洞的形貌以及高速相机拍摄得到的不同时刻靶材喷射的图像,证实了钛箔能够对钽金属靶的轴向膨胀起到一定的约束作用。尤其是电子束打靶过后1μs内的初始阶段,约束效果比较明显。     

一种带孔箔聚焦可重复运行的分离腔振荡器

 设计了一种有孔箔聚焦电子束的高功率分离腔振荡器，并对其进行了理论和数值研究。这种器件采用孔箔聚焦电子束，可以增加重复运行的次数，有效延长导电薄膜的寿命，而且不需要外加磁场聚焦电子束，波束相互作用区短，功率容量大，结构简单，输出信号稳定。还设计了电子束收集极来减小反射电子对器件的影响。对同一器件使用不同电压和电流的电子束，可以得到从50~900MW功率的微波输出。     

无箔二极管的设计与静态数值模拟

 设计并完成了一无箔二极管,该二极管预计产生1MV、20ns、10kA以上的空心脉冲电子束。研究了无箔二极管的静态数值模拟方法,求得完全的自洽解。利用编制的程序对设计的无箔二极管进行了数值模拟,对结果进行了讨论。     

不锈钢电子束收集极的损伤能量密度阈值

对强磁场相对论返波管系统中电子束收集极损伤的主要影响因素进行了分析,通过设计并使用锥面不锈钢收集极,提高了收集极的耐电子束轰击能力。在单次实验条件下,研究了电子束能量密度对不锈钢收集极表面损伤及系统产生微波的影响,结合对无箔二极管中电子束空间密度分布的研究结果,给出了不锈钢收集极损伤电子束能量密度阈值范围。     

无箔二极管强流电子束空间密度分布初步研究

通过在强磁场条件下,利用环形刀口石墨阴极(刀口尺寸38~39mm)开展电子束轰击收集极内表面铜箔和垂直轰击金属靶片实验,对无箔二极管中电子束的空间密度分布进行了初步研究,并对其产生原因进行了分析。研究结果表明,电子束径向分布在37.2~40.2mm,存在密度较高区域(38.8~39.4mm)和密度最大值点(39.2mm),且均偏向于阴极外侧。无箔二极管环形阴极爆炸发射产生电子束的径向密度分布可用偏态分布近似。     

电子回流对高功率无箔二极管效率的影响

基于单电子在电磁场中的运动理论, 对某过模微波器件, 用无箔二极管通过分析其导引螺旋管磁场和电子发射区电场的分布与相互关系, 证明了电子回流与电子束传输效率密切相关。效率实验研究表明: 对大尺寸导引磁场, 不同半径薄环阴极发射电子束电功率有较大区别; 如果电子束半径小于50mm, 二极管效率大于95%;如果电子束半径大于90mm, 二极管效率小于75%。     

导电箔对于相对论环形束的约束作用分析及其对束流群聚过程影响的初步实验结果

分析导电箔上的镜像电荷对环形束的约束作用,给出了可用于设计选择聚焦环形束的导电箔几何尺寸的计算结果。利用已有的X波段相对论速调管(RKA)进行了初步的镜像电荷聚焦RKA的实验。虽然实验中的导电箔对电子束的通过率只有0.88,但结果表明导电箔对RKA的束流有一定聚焦作用,不影响束流群聚过程。     

导电箔对于相对论环形束的约束作用分析及其对束流群聚过程影响…

分析导电箔上的镜像电荷对环形束的约束作用，给出了可用于设计选择聚焦环形的导电箔几何尺寸的计算结果。利用已有的Ｘ波段相对论速调管（ＲＫＡ）进行了初步的镜像电荷聚焦ＲＫＡ的实验。虽然实验中的导电箔对电子束的通过率只有０．８８，但结果表明导电箔对ＲＫＡ的束流有一定聚焦作用，不影响束流群聚过程。     

箔聚焦强流相对论环形束在同轴波导中的传输

 结合箔聚焦和静电线聚焦的特点,对箔聚焦强流相对论环形电子束在同轴波导中的传输进行了研究。通过数值求解电势满足的泊松方程,得到电势、电场分布及系统的空间电荷限制流,并根据电子的运动方程得到包络电子的平衡条件及其运动轨迹。     

低能宽幅电子束引出特性研究

研究了能量在100到300 keV区间的低能宽幅电子束从真空引出到空气中的特性。利用EGS5程序模拟了电子束穿过不同厚度钛箔后,在空气中距离钛箔5~10 cm距离处的能量损失、束流损失和束流分布均匀性等。模拟结果显示,对于低能电子,钛箔厚度应该在10 μm左右为宜,其透射率与能量直接相关,在距离钛箔5 cm的位置,电子束的分布不均匀度低于±2%,优于工业应用±10%的标准（特殊情况下要求为5%）,完全满足工业辐照要求。In order to investigate the characteristics of extracting low-energy electron beam from vacuum into air, EGS5 is used to simulate the energy loss, beam loss and spatial distribution uniformity at the irradiation position, which is 5~10 cm to titanium foil with different thickness. The simulation results show that the transmittance is directly related to the incent energy of low-energy electron. When the titanium foil thickness is 10 μm, the inhomogeneity about the energy beam spatial distribution is below 5% on the treatment plane 5 cm away from the titanium foil. And totally meet the industrial needs.     

影响X光源特性的参数研究

针对高能电子束撞击重金属靶产生轫致辐射光子, 利用蒙特卡罗方法详细研究了电子束半径与发射度以及靶的厚度对X光源特性的影响. 结果表明：电子束半径与发射度不仅是影响照射量的主要因素, 也是造成照射量分布不均匀的主要原因; 给定电子束, 存在一个靶厚度使得靶前1 m处的照射量最大. 因此, 在X射线成像系统的设计和模拟过程中, 应综合考虑电子束半径与发射度和靶厚的影响.     

Shaping of the cross section of a nonrelativistic high-current electron beam by means of return current leads

Calculation results and experimental data on shaping the cross-section of a nonrelativistic (10–30 keV) high-current (up to 25 kA) electron beam are presented. A circular beam is successfully transformed into a beam with a quasi-rectangular cross section. Transformation is carried out using flat buses or circular pins as return current leads over a short (4 cm) section of the beam transport channel. The distance between the edge of the beam and the leads is comparable to its radius, and the external guiding magnetic field is comparable to the self-magnetic field of the beam. The calculation results are compared with the experimental data.     

Laser wakefield acceleration of short electron bunches

The theory of electron acceleration in a plasma wake wave is developed, and the dependence of the main characteristics of accelerated electron bunches on the wakefield parameters is investigated, It is shown that using a prebunching stage, under proper conditions, the final electron density of a compressed and accelerated bunch can exceed the initial electron beam density by orders of magnitude and that longitudinal bunch compression provides quasi-monoenergetic acceleration to high energies, It is demonstrated that, for an initial electron beam radius smaller than the optimal one for efficient beam trapping, the energy spread of the compressed and accelerated electron bunch and its length can be evaluated by using the simple analytical predictions of a one-dimensional (1-D) theory. The obtained analytical results are confirmed by three-dimensional (3-D) numerical modeling     

Determination of the final equilibrium radius and the increase in the emittance of a nonequilibrium relativistic electron beam during transport along an external magnetic field in a gas-plasma scattering medium

An equation describing the evolution of the transverse energy of a segment of a paraxial axisymmetric relativistic electron beam (REB) propagating in a gas-plasma scattering medium along an external magnetic field is used to find the equation relating the final equilibrium radius of the beam to its initial nonequilibrium value. An analytical expression for the increase in the mean-square emittance of an REB during transport up to achievement of the equilibrium state is found for the case considered. The dependence of the final equilibrium radius and the corresponding increase in the mean-square emittance on the density of the scattering medium and the induction of the external magnetic field is investigated. Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 67, 108–111 (July 1997)     

同轴回旋自谐振脉塞放大器的线性分析

 从同轴回旋自谐振脉塞(CARM)放大器的回旋动力学理论入手，详细分析了各参量对同轴CARM放大器的线性增益的影响。通过数值模拟，发现该器件的线性增益对及对同轴波导的外半径、电子导引中心半径以及加速电压的变化非常敏感，而随波导内半径的变化不敏感。经优化，当外半径为3.805 cm，导引中心半径为1.309 cm，内半径为1.039 cm，加速电压为54.9 kV时，器件的线性增益最高为294.96 dB/m。     

用5种不同的电子光学软件对微波管电子枪进行模拟计算

 对TWTCAD微机版、工作站版本、EGUN，CAMEO以及Orprogr电子光学软件背景和特点作了一个简单介绍，并利用其模拟计算了11支不同结构的电子枪。将计算得到的导流系数、射程和注腰半径与实验数据列表对比，结果表明：不同电子光学软件计算不同类型电子枪其计算精度也不一样。在导流系数方面，EGUN和Orprogr的计算精度较高，绝对平均误差分别为7.18%和7.4%；在射程方面，TWTCAD的计算精度最高，绝对平均误差为5.69%；在注腰半径方面，Orprogr与实验值偏差较大，绝对平均误差为47.43%，而工作站版本的计算精度最高，绝对误差仅为2.29%。     

0.22THz折叠波导行波管电子光学系统设计与实验研究

设计了一套0.22THz折叠波导行波管电子光学系统,详细介绍了电子枪和周期永磁聚焦系统的设计过程,在电子枪电子束束腰与磁系统不匹配情况下,对磁场过渡区进行了优化设计,以此为基础利用磁场仿真软件对磁场进行模拟和优化,并把磁场位形代入电磁仿真软件进行电子束传输仿真,优化后的电子光学系统发射束流10mA,阴极电压15kV,束流通过率96%。通过实验验证,流通管束流通过率93%,高频样管束流通过率94%,与设计相符。高频样管实现连续波运行,功率大于0.4 W,3dB带宽大于12GHz。     

束参量对X射线照射量的影响

用蒙特卡洛方法来讨论束参量（半径、发射度和能量)对轫致辐射照射量的影响．结果表明，当束击靶半径一定时，靶正前方一米处的照射量X1随发射度增加而减小；当发射度一定时，照射量先随半径增加而急速增加，在束半径大于Rbm后，随半径进一步的增加而缓慢降低．也研究了束参量对照射量角分布的影响．因为使用了电子束的K—V分布，所得X1值是偏于保守的．     

电子束激励TM模虚阴极振荡器的分析

 从理论上对实心电子束和空心电子束激励轴向虚阴极振荡器产生高功率微波的情况进行了比较分析。通过数值计算比较了在相同的结构参数条件下输出微波功率的大小。分别讨论了在激励TM₀₁和高阶TM₀₂，TM₀₃模式时电子束半径的优化值。用KARAT软件进行粒子模拟初步验证了数值计算的结果。数值计算和粒子模拟结果均表明：要在轴向虚阴极振荡器中有效地激励TM₀₁主模式，应采用实心电子束；而空心电子束则在激励高阶TM_0n模式时，可能更为有效。     

考虑到束-波相互作用的速调管离子噪声二维模拟

采用粒子模拟的方法并考虑电子束与电磁波的相互作用，首次直接得到了速调管输出信号的离子噪声图像，阐述了束电子、二次电子、离子、电磁场之间的相互作用的动力学过程. 指出离子噪声所表现出来的相位波动是由电子束速度的波动引起的，电子束速度的变化来源于管内离子数量的变化，离子的数量的变化又与电子束状态变化相互影响，这是离子噪声产生的根本原因. 二次电子对离子噪声产生过程的影响甚微，但是其行为却反映了离子噪声的形成机理. 离子噪声引发的输出信号幅度波动取决于电子束速度和半径的改变，与离子行为密切相关. 关键词： 离子噪声 速调管 粒子模拟 电子束