漂移管中相对论电子束引导的匹配条件

本文介绍了对连续型相对论电子束的两种引导及箍缩方法:磁场引导和离子通道的静电引导。在线性引导力的假定下,求得了单磁场引导、单静电引导以及同时使用磁场和电场的混合引导的这三种情况下的匹配条件的解析结果。解析公式表明。在混合引导情况下,为了使电子束匹配,当电子束的中和因子线性增加时,相应的引导磁场不是线性地减小。而是抛物线形地减小。本文还使用了模拟束片内电子横向运动的LGERKB编码,通过对N_0个束内电子的模拟计算,求得了电子束包络。电子束的均方根发射度、典型电子轨道、失配和匹配情况下的束内电子相空间分布(相图)及其演变过程等大量资料。线性模拟结果与解析分析结果完全一致。     

CSR电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性

 HIRFL CSR的电子冷却系统是采用强流电子束对重离子束进行冷却。在冷却段漂移管区，由于强流电子束自身的空间电荷场和螺线管磁场的作用，使得电子束的包络发生振荡。通过求解电子束的横向包络方程，研究了强流电子束包络随电子束参数和螺线管聚焦磁场的变化关系。计算结果表明：对于不同的电子束能量和磁场，电子束包络的振荡频率也不相同；在相同的条件下，磁场越强，电子束包络振荡幅度越小，电子束能量越大，其包络的振荡频率也越快。     

重复脉冲强流电子束传输技术研究

分析并推导出了环形强流电子束的稳定传输条件，通过静电磁场模拟计算对CHP01强流电子加速器二极管引导磁场的位形分布、幅值大小及磁场电源进行了优化设计.经实验调试及束斑测量，表明设计的1秒磁场满足束流稳定传输条件，能使电压800kV、电流8kA、脉冲宽度40ns、脉冲重复频率100Hz的环形强流电子束稳定传输，并已成功运用于CHP01强流电子加速器束流传输系统. 关键词： 束流传输 引导磁场 二极管 重复脉冲 电子束     

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%。     

电子束在弯曲螺线管中的运动

 为研究HIRFL-CSR电子冷却装置中电子束穿过电子冷却装置中弯曲螺线管后电子横向能量的变化,用POISSON程序计算出弯曲螺线管的磁场分布,考虑了空间电荷效应,用数值方法模拟计算了电子在弯曲螺线管中的运动情况,得到了电子束横向能量变化最小时磁场各分量与电子束能量和弯曲螺线管几何尺寸之间的关系,并获得了电子束横向能量在束流截面的空间分布。     

x强流相对论环形电子束在低磁场中传输分析

 用理论和粒子模拟相结合的方法分析了强流薄环形相对论电子束在低磁场导引下，在均匀波导，无箔二极管，以及锥形波导和渐减磁场位形条件下的传输过程，研究了束包络的波动和如何减少波动的问题。分析表明：在无箔二极管中一个适当渐增的磁场位形可以有效地抑制束电子的径向运动，从而减少电子在波导中的波动幅度；电子束在锥形波导和渐减磁场位形中运动，不会增加束电子的波动。因此适当的磁场位形可以降低微波器件对导引磁场的要求，有利于实现永磁包装微波器件。     

微秒长脉冲有磁场高功率微波二极管真空界面设计

介绍了一种微秒长脉冲有磁场的真空二极管界面的设计和实验结果。采取了三种措施来抑制沿面闪络:一是阴极电子束挡板,用来拦截来自阴极和电子束漂移管的回流电子束;二是接地屏蔽板,使电场等势线和界面成约45°角,使阴极三结合点处发射的电子远离绝缘板;三是降低阴极三结合点处的场强,并使用一悬浮电位的金属环阻止电子倍增过程。计算了二极管内电场、磁场分布和电子束的运动轨迹并据此优化了真空界面的结构,实验验证了该二极管真空界面可以在400 kV、800 ns条件下正常工作,可以支持长脉冲高功率微波器件的研究。     

多脉冲电子束发射度测量

采用多孔板并结合电子束在石英片相互作用产生的契仑柯夫辐射,对以天鹅绒为阴极发射的强流多脉冲电子束发射度和亮度进行了实验研究和测量。实验观测到了有外加磁场条件下的电子束发生旋转现象。对于电子能量为600 kV左右的电子束,多孔板处的磁场小于2.7 mT时,电子束元的偏离已经小于2°。分别测量了天鹅绒阴极发射的强流四脉冲电子束和双脉冲电子束的积分亮度,分别为7.5×107A/(m.rad)2和4.14×108A/(m.rad)2。结果表明,双脉冲电子束的积分亮度明显优于四脉冲电子束的积分亮度,进而验证了阴极等离子体对多脉冲电子束亮度具有重要影响,降低了电子束的品质。     

低磁场S波段相对论返波振荡器的工作特性

为了实现高功率微波发生器的小型化,开展了S波段低磁场相对论返波振荡器工作特性的研究工作。由于S波段返波振荡器频率低,对应的电子回旋共振磁场强度也很低,因此低磁场条件下面临着电子束传输效率低和束波互作用效率低两大问题。为解决上述问题,采取下列措施:通过加大电子束与器件内壁的距离,提高电子束传输效率;采用较深的慢波结构作为提取腔,实现高束波互作用阻抗;提取腔前采用浅深度慢波结构,使提取腔区域的电子速度与微波相速同步。粒子模拟证明,以上措施有效,在引导磁场强度仅为0.17 T、电子束电压435 kV、电流6.5 kA的条件下,该返波管获得功率为670 MW、效率约为25%的输出微波。相对于常规S波段相对论返波振荡器的磁场系统(B=0.8 T),适用于该返波管的0.17 T低强度磁场系统螺线管外半径下降了20%,能耗下降了约93.8%。     

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%。     

Effect of E × B electron drift and plasma discharge in dc magnetron sputtering plasma

Study of electron drift velocity caused by Etimes B motion is done with the help of a Mach probe in a dc cylindrical magnetron sputtering system at different plasma discharge parameters like discharge voltage, gas pressure and applied magnetic field strength. The interplay of the electron drift with the different discharge parameters has been investigated. Strong radial variation of the electron drift velocity is observed and is found to be maximum near the cathode and it decreases slowly with the increase of radial distance from the cathode. The sheath electric field, E measured experimentally from potential profile curve using an emissive probe is contributed to the observed radial variation of the electron drift velocity. The measured values of the drift velocities are also compared with the values from the conventional theory using the experimental values of electric and magnetic fields. This study of the drift velocity variation is helpful in providing a useful insight for determining the discharge conditions and parameters for sputter deposition of thin film.     

EXPERIMENTAL STUDY ON THE UNIFORMITY OF LARGE AREA INTENSE RELATIVISTIC ELECTRON BEAMS

The uniformity of intense relativistic electron beams under a converging magnetic guide field is studied experimentally in this paper. In the experiments, fluence calorimeter and X-ray pinhole photograph were used to measure the beam uniformity. The experimental results show that the externally applied magnetic flux density at the cathode and the shape of cathode face have considerable influence on the beam uniformity, The beam uniformity better than 80% is obtained over an area of 200cm² when the externally applied magnetic flux density at the cathode is about 0.6T and the cathode face is concave to a depth of 1.5 mm, relative to the cathode edge.     

相对论性电子束的类Tokamak平衡

本文对具有双δ函数速度分布的相对论性电子束,考察了其环形平衡性质。通过对反环径比展开,得到了关于磁通函数及电势的一级近似解析解。还讨论了电子漂移轨道的近似描述。 关键词：     

漂移波不稳定性引起的反常电子热导的估计

本文从漂移波引起的湍性磁场出发,考虑了漂移波不稳定性引起的反常电子热导,所得电子热导的数值与实验结果基本符合,并利用所得的反常电子热导,在欧姆加热条件下推导了电子能量约束时间。     

ELECTRON DIFFUSION IN A NON-UNIFORM ELECTRIC FIELD AND A UNIFORM MAGNETIC FIELD

A Monte Carlo simulation technique has been used to model the electron transport beharlot, especially the electron diffusion motion, in the cathode fall region of a glow discharge under the influence of a non-uniform electric field and a transverse magnetic field perpen-dicular to the cathode sheath electric field. Three types of collisions (elastic, excitation and ionization) are taken into account in our model. The electron free flying time is determined by the electron-neutral atom collision frequency. We focus attention on the electron diffusion distance and velocity. The electron-neutral atom collision processes and the electron drift velocity are also studied. The results indicate that with the increase of the magnetic field the electron diffusion distance increases and the electron diffusion velocity decreases. The results Mso show that the collision processes are enhanced by the magnetic field, this is in agreement with the experimental result. However, the axial magnetic field does not affect the electron transport behavior.     

部分屏蔽多极电子鎗聚焦问题

本文对于在有磁场下多阳极电子鎗的电子注聚焦问题进行了理论分析。阴极处磁场可以具有任意屏蔽程度,得到了在加速场内描写电子轨迹的傍轴方程的解析解。在理论分析中,考虑了包括空间电荷效应的情况。     

Effect of external magnetic field on critical current for the onset of virtual cathode oscillations in relativistic electron beams

In this Letter we research the space charge limiting current value at which the oscillating virtual cathode is formed in the relativistic electron beam as a function of the external magnetic field guiding the beam electrons. It is shown that the space charge limiting (critical) current decreases with growth of the external magnetic field, and that there is an optimal induction value of the magnetic field at which the critical current for the onset of virtual cathode oscillations in the electron beam is minimum. For the strong external magnetic field the space charge limiting current corresponds to the analytical relation derived under the assumption that the motion of the electron beam is one-dimensional [D.J. Sullivan, J.E. Walsh, E. Coutsias, in: V.L. Granatstein, I. Alexeff (Eds.), Virtual Cathode Oscillator (Vircator) Theory, in: High Power Microwave Sources, vol. 13, Artech House Microwave Library, 1987, Chapter 13]. Such behavior is explained by the characteristic features of the dynamics of electron space charge in the longitudinal and radial directions in the drift space at the different external magnetic fields.     

强流非聚焦型相对论性电子束的产生及其特性的研究

本文论述产生强流非聚焦型相对论性电子束的物理机制及其特性,结合国际上和中国原子能科学研究院的工作来说明产生这种束流的几个关键的技术问题,如阴极等离子体的形成和运动,电子束流自磁场对束流箍缩及束流密度均匀性的影响、阳极等离子体的形成及其影响等。至今为止国际上尚未形成一种比较严格的理论模型来解析该二极管中的电子束行为,本文试图将国际上有关这方面的研究做个综述并对一些分析做些改进,如束流自磁场对箍缩及束流密度均匀性的影响。     

强碰撞下的漂移波稳定性

在碰撞存在时,考虑到在扰动电场作用下电子沿磁力线的宏观运动,用迴旋动力技术导出了强碰撞的积分本征方程。随后用LCN方法严格解析地证明了在平板剪切磁场的作用下,漂移波是绝对稳定的。 关键词：