低速度零散会切电子枪的设计和数值仿真

根据拉格朗日方程对电子在平滑会切磁场中的径向波动与速度零散的关系进行讨论。运用Matlab,Magic软件相互结合的方法设计电子枪结构和磁场。用Matlab程序模拟单电子在给定电场、磁场中的运动,分析了单电子径向速度对零散的影响,并优化磁场分布。设计的磁场可以有效地减小单电子束径向速度,降低电子束速度零散。用Magic软件对电流为1 A、能量为30 keV的电子束在优化磁场中的运动进行仿真,得到的电子束速度比约为2,速度零散小于2.5%,轴向速度零散小于8.5%。     

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。     

大回旋半径电子枪渐变线圈磁场的设计及优化

对大回旋半径电子枪的渐变线圈磁场进行了设计,采用3个线圈实现所需要的渐变磁场分布,增加了线圈磁场系统的调节能力,理论和计算机仿真的磁场分布结果符合得很好。将实现的渐变磁场分布同给定的静电场分布相结合,通过求解带电粒子的运动方程得到了粒子轨迹,在此基础上建立大回旋半径电子枪的3维粒子仿真模型,在给定静电场分布条件下分析了3个线圈安匝数对电子束参数的影响,完成了工作电压为40 kV、工作电流为1 A的大回旋半径电子枪的参数优化,得到了横纵速度比为1.4～2.5,纵向速度离散小于8%(横纵速度比为1.9时)的大回旋半径电子束。     

会切磁场多极离子源中磁场对等离子体特性的影响

本文提出了会切磁场多极离子源中,磁场对等离子体参数以及可引出离子束流和放电室阳极收集的离子电流影响的实验研究结果,并对该结果进行了分析讨论。     

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。     

用于微波电子枪注入器的α磁铁的设计和制造

本文给出用于北京自由电子激光器的微波电子枪注入器的α磁铁的物理参数和物理设计,并报告了磁场测量的结果:好场区范围13.3cm;场梯度均匀度1.5%.经模拟计算和束流实验证明,这块α铁的设计和制造满足了微波电子枪高亮度注入器的要求.     

带状电子注的聚焦和传输

 采用单粒子模型,对有限宽矩形带状电子注在周期会切磁场(PCM)、带偏移磁极的周期会切磁场(offset-pole PCM)和周期会切周期四极磁铁混合磁场(PCM-PQM)聚焦结构中传输的双平面聚焦,进行了详细的理论和数值分析研究。结果表明:PCM和offset-pole PCM聚焦结构对于实现带状电子注的双平面边缘聚焦比较困难,原因在于它们无法独立控制电子注水平和垂直两个方向的聚焦。PCM-PQM聚焦结构则非常有效地改善了聚焦,可以很好地实现带状电子注边缘的聚焦和均匀稳定的传输。     

220 GHz回旋管脉冲磁场系统和电子枪的设计与实验研究

 根据220 GHz回旋管的工作要求,设计了其所需的脉冲磁场系统与电子枪。脉冲磁场系统采用哑铃状结构,具有均匀区长、电阻小与电感小等优点,可以在较低电容与电压下获得更高的脉冲峰值磁场,并分析了其脉冲放电特性。电子枪采用双阳极磁控注入枪,用EGUN对其进行了设计优化,电子注纵横速度比为1.53,速度零散为3.1%。实验研究表明,脉冲磁场峰值强度达到8 T,电子注电流达到2 A,电子电流基本传输到靶片,控制极与阳极没有截获到电子,脉冲磁场系统与电子枪工作正常,达到设计要求。     

偏置磁极周期会切永磁场的理论分析

采用不同的近似方法对用于聚焦带状电子束传输的偏置磁极周期会切永磁场进行了理论分析,得到了两种不同形式的解析表达式,分别适用于数值计算和理论分析.首先,为了对偏置磁极周期会切永磁铁进行快速而又精确地数值仿真,利用表面电流带模型对其进行等效,得到了其激励的偏置磁极周期会切永磁场的解析表达式,并借助算例说明了表面电流带模型应用于等效偏置磁极周期会切永磁铁开展优化设计的高效性.然后,为了便于在将来开展对带状电子束传输的理论分析,按传统方法将偏置磁极周期会切永磁场分为两部分,一部分是磁极的无偏置部分激励的周期会切磁场,基于已知的场分布对其采用待定系数法进行了求解,另一部分是磁极的偏置部分激励的非周期的边聚焦磁场,对其采用双层磁荷面模型等效磁极偏置部分的方法进行求解,分别得到了简明而又相对精确的解析表达式,这两部分表达式的叠加即为偏置磁极周期会切永磁场的解析表达式.这些结果可用于偏置磁极周期会切永磁聚焦带状电子束传输问题的研究.     

利用空气芯电磁铁产生周期会切磁场

给出了一种利用薄金属带构造的、能够产生周期会切磁场的空气芯电磁铁的设计方案,研究了该类型电磁铁产生周期会切磁场的规律。结果表明,通过增加电磁铁的周期长度,减小电子束通道的高度,或在金属带自身的电阻性发热所能承受的范围内增大金属带上传输电流的线密度,都可以提高电磁铁的励磁强度。增加电磁铁的周期长度,还可以提高周期磁场轴向分布的均匀性。     

大回旋cusp电子注数值模拟

 新一代宽带、高增益、大功率回旋行波管需要新型的电子注，而大回旋cusp电子注为其实现提供了可能。对大回旋cusp电子注进行系统理论分析，建立了大回旋cusp电子注的物理模型，在理论分析基础上进行了大量数值计算和模拟优化，并对大回旋cusp电子枪设计中的影响因素进行探讨。设计出一支低速度零散、高速度比、低纹波，适用于高次谐波的高功率(54 kV, 2.7 A)cusp电子枪。     

Computer Simulation of Axis-Encircling Beams Generated by an Electron Gun with a Permanent Magnet System

Results from computer aided design of a novel electron gun generating axis-encircling beams are presented and discussed. Numerical experiments were performed by the new version of the software package GUN-MIG named GUN-MIG/CUSP. It is based on a self-consistent relativistic model and is developed as a problem oriented tool for analysis of electron-optical systems with magnetron injection guns (MIG) and electron guns with field reversal (cusp guns), forming axis-encircling beams. As a result of the simulations an electron-optical design of a novel electron gun with permanent magnet system was accomplished. The gun is expected to form high quality beams with small velocity spread and beam ripple. Parameters of the generated beams are appropriate for a prospective weakly relativistic high harmonic large orbit gyrotron (LOG). The development of such device is in progress now at the Research Center for Development of Far-Infrared Region (FIR Center) at Fukui University.     

Electron Gun for Powerful Large Orbit Gyrotron

In the article, results of numerical simulation of the gun with the cusp of magnetic field are presented. Short pulse version of the gun with explosion emission is investigated. Some preliminary analytical estimation of the beam and gun parameters are performed. Then, numerical optimization of the electrodes shape as well as magnetic field distribution is carried out. For preliminary separation of electrons and formation of the rectilinear beam, anode diaphragm is installed. After then, additional selection of electrons for decreasing the ripple is performed. For this purpose, channel walls are used for interception of some part of the electron beam. Reverse of the magnetic field in the diode part of the gun is formed. So, the formation of the rectilinear beam is combined with the region, where electrons obtain initial gyration energy. To prevent the disperse action of the own beam space charge forces, the system with big gradient of magnetic field (about 0.5-1 kGs/mm) is needed. According to results of the simulation, helical electron beam can be performed even at total compression ratio about 1000 and current density more than 50 kA/cm². The designed electron gun provides acceptable performance for the large orbit gyrotron, such as operating current close to 300 A, the pitch-factor value about 1.5-1.7, deviation of the guiding centers from the axis (the ripple) /10 and /6 for operation on 3-rd and 5-th cyclotron harmonic correspondingly (wavelength =0.5 and 0.3 mm) and velocity spread within the range 10-15%.     

高电流密度圆柱状电子光学系统设计

设计了高电流密度圆柱状电子枪,并分析了枪体参数对电子注品质的影响;运用径向力平衡理论计算了聚焦磁场.三维模拟软件CSTPARTICLESTUDIO模拟显示,在枪体电极和空间电荷形成的静电场,以及聚焦磁场作用下,电子呈角向先变速后匀速螺旋状运动,其旋转半径始终与出射阴极面时的半径相同,从而在枪区和互作用通道内维持了注包络水平.模拟结果与设计理论相符.注平均电流密度达到24·4A/cm2,层流性良好,填充因子76·7%,流通率100%.     

高功率速调管电子枪热形变分析与测试

 国产50 MW速调管需要脉冲功率为120 MW的电子枪，其阴极为皮尔斯型储备式阴极，扫描直径为85 mm。利用ANSYS 对该速调管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,分析了热传导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，并对模拟结果与高功率测试结果进行了分析比较。