速调管离子噪声特性的模拟分析

 离子噪声已成为影响现代微波管性能的一个重要因素，采用一维混合模型研究了速调管的离子噪声，用自编的1维粒子模拟程序对速调管的离子噪声特性进行了分析。采用小信号近似，从理论上推导出了速调管离子噪声与相位畸变关系的表达式，表明微波管相位噪声直接来源于管内离子量的变化。模拟了有离子噪声时速调管的相位特性，对模拟过程做了离子诊断并与实验结果进行比较，证明了模拟过程的正确性。探讨了电子束电流、电压以及聚焦磁场对离子噪声的影响规律，束电流与束电压改变后，离子噪声的周期与大小相应改变，增大束电流，离子噪声幅度会下降，并趋于稳定，而在束电流不变的情况下，离子噪声存在一个最小值。束电流与束电压确定，存在最佳的磁场使离子噪声幅度最小。     

一种基于非完整二维相空间分量置换的混沌检测方法

由于混沌时间序列和随机过程具有很多类似的性质, 因而在实际中很难将两者区分开来. 混沌信号检测与识别是混沌时间序列分析中一个重要的课题. 混沌信号是由确定性的混沌映射或混沌系统产生的, 相比于高斯白噪声序列, 其在非完整的二维相空间中表现出更加丰富的结构特性. 本文通过研究混沌时间序列和高斯白噪声序列在非完整二维相空间中的分布特性, 利用混沌信号的非线性动力学特性, 提出了一种基于非完整二维相空间分量置换的混沌信号检测方法. 该方法首先由接收序列得到非完整的二维相空间, 基于第一维分量大小关系实现对第二维分量的置换与分组, 进一步求得F检验统计量. 然后利用混沌系统的局部特性, 获取非完整二维相空间的动力学结构信息, 实现对混沌序列的有效检测. 在高斯白噪声条件下对多种混沌信号进行了信号检测的数值仿真. 仿真结果表明: 相比置换熵检测, 本文所提算法所需数据量小、计算简单以及具有更低的时间复杂度, 同时对噪声具有更好的鲁棒性.     

电子回旋共振放电中电子与微波互作用特性的粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模拟

对电子回旋共振（ECR）放电电离过程中的电子与微波互作用特性进行了理论分析与数值模拟.采用粒子模拟（PIC）方法描述带电粒子与微波的互作用,采用蒙特卡罗碰撞（MCC）方法描述粒子间碰撞过程及带电粒子与边界的相互作用.编写了准三维的PIC/MCC数值模拟程序,并对放电过程中电子能量与微波场随时间、空间的演化进行了数值诊断. 关键词： 电子回旋共振放电 粒子模拟 蒙特卡罗方法 电离     

阈值耦合混沌神经元的同步研究

将阈值控制方法应用于混沌神经元团簇,构成阈值耦合混沌神经元映射,研究其时空特性.仿真实验表明,控制阈值决定了阈值耦合混沌神经元映射输出的时间周期特性,而张弛时间影响了输出的空间特性,阈值耦合混沌神经元映射输出表现出很好的聚类性.当张弛时间足够大时,阈值耦合混沌神经元映射输出实现时空完全同步.     

电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅰ)——物理模型与理论方法

采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)的方法对电子回旋共振(ECR)放电中的电离过程进行了模拟，其中带电粒子与微波的相互作用由PIC方法的电磁模型描述，粒子间的碰撞过程由MCC方法描述.考虑的碰撞类型有电子与中性粒子的弹性、激发、电离碰撞，离子与中性粒子的弹性、电荷交换碰撞，碰撞截面均依赖于能量而变化.阐述了理论分析的过程，为数值模拟ECR放电奠定了基础. 关键词： 电子回旋共振放电 粒子模拟 蒙特卡罗 电离     

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。     

原子钟噪声中的混沌现象及其统计特性

原子钟是一个极其精密的振荡源，其内部噪声极大地限制了时间尺度的精确性.通过一种变形Duffing方程模拟原子钟内部的各种周期及混沌现象，给出了过渡混沌、阵发混沌及混沌的统计描述.根据Lyapunov指数的变化，分析了原子钟噪声中的混沌现象及其激发机制.对1994年的6月1日0时至8月20日24时的测量数据进行了分析，给出了相应混沌分量的统计特征. 关键词：     

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     

单模激光混沌特性的理论研究

在光学中，激光是产生双稳态、振荡、混沌等多种自组织现象的典型例子。本文采用非线性理论分析了单模激光的混沌特性，对描述单模激光的非线性动力学方程进行了稳定性分析，从而确定了系统失稳后进入混沌态的分歧点，并利用计算机进行了数值计算，给出了系统呈现混沌态的模拟结果。计算机数值模拟的结果与理论分析的结果相吻合。     

离子对rod-pinch二极管工作特性的影响

 利用PIC粒子模拟方法，结合对同轴结构二极管工作模式的半解析描述，研究了离子存在与否对rod-pinch二极管（RPD）工作特性的影响。模拟给出了二极管的伏安特性、不同时刻电子和离子的相空间分布以及空间电流分布等。结果表明随着电流逐渐增大，其工作模式从空间电荷限制流依次向弱箍缩流和磁绝缘流转变。只有存在离子的情况下，电子才能沿着阳极杆表面运动并在其末端发生箍缩，表明RPD中离子电流的存在对于RPD工作是必需的。     

ORNL-HRIBF 6GHzECR离子源的最新结果

Experimental studies were conducted to characterize and improve the performance of the flat-B ECR ion source.The emittance of the source was investigated for the first time.The output beam currents of high-charge-states of Ar(q>8)were nearly doubled by increasing the plasma electrode aperture from 4mm to 6mm in diameter.To investigate possible enhancements with broadband microwave radiation,a"white"Gaussian noise generator was employed with a TWT amplifier to generate microwave radiation with a bandwidth of～200MHz.The performance of the flat-B ECR ion source was found to be much better with narrow bandwidth radiation when the source was operated in the flat-B region.However,the ion beam intensities and charge state distributions were improved with the broadband radiation when the source was tuned off the flat-B region.     

Submillimeter backward wave oscillators

NASA Lewis Research Center is engaged in a program to develop a series of backward wave oscillators (BWO's) for the frequency range 500 to 2000 GHz. Generically BWO's are electron beam traveling wave tubes operating in a dispersive regime in which the group velocity and the phase velocity of the induced electromagnetic wave are in opposite directions. The oscillation frequency of a BWO is controlled by the electron beam velocity (anode voltage).Such tubes because of their frequency tunability, phase locking capability, and large bandwidth are ideal local oscillators for heterdyne receiver/spectrometers.The design of the BWO's will be discussed with emphasis on the etched slow wave structure, zero compression electron beam, long life cathode, and moderate operating voltages.     

100 MeV电子直线加速器的物理设计

 能量为100 MeV左右的高性能电子直线加速器是第三代同步辐射光源注入器和自由电子激光注入器的重要组成部分,采用热阴极栅控电子枪、聚束系统和4根SLAC型加速管作为加速器主体结构,一套45 MW的速调管调制器系统和波导系统作为微波功率源系统。设计中,使用了国际通用的模拟软件对加速器的动力学特性进行了数值模拟和参数优化,电子束能量达到100 MeV以上,能散小于1%,归一化发射度小于30 mm·mrad。     

超高斯光束抽运调Q固体激光器仿真模型研究

仿真计算一直是研究激光器的重要手段,而激光理论是仿真计算的基础.虽然半经典激光理论能够精确地描述激光的产生过程,但是其复杂性导致仿真需要庞大的计算资源和计算时间.为了能够更加高效地对激光器进行仿真,提出了一种调Q固体激光器的仿真模型.基于此模型,研究了影响主动调Q激光产生过程的因素.这些因素包括抽运功率、抽运光分布和模式竞争.仿真计算结果与对照实验测量数据相符合,说明了模型的有效性.     

一台2.45GHz强流中子源

A 2.45GHz microwave-driven ion source is being used to provide 40mA of deuterium ion beam (peak current) for an RFQ accelerator as part of a neutron source system.We have also designed a 60kV electrostatic LEBT using computer simulations.In our experiment,we measured the hydrogen and deuterium ion beam currents as functions of discharge power,gas flow,and magnetic field strength.The required beam current was obtained using leas than 700W of net microwave power with a gas flow of less than 1.5sccm.From the rise time data,it was determined that in order to obtain a high percentage of atomic ions in the beam, the beam extraction should start after 1ms of switching on the microwave power.At steady state,the proton fraction was above 90%.     

强流相对论电子束双腔纵向自调制研究

当强流相对论电子束在类双腔速调管系统中传输时，会发生自调制现象. 利用这一现象可以 在无微波注入的情况下得到较好的微波输出，这是一种由强流相对论效应引起的自激振荡. 利用这一原理有可能研制出一类新型的微波器件. 对强流相对论电子束在这种物理机制作用 下发生起振的条件及传输机理进行了理论分析，并进行了数值模拟. 优化结果显示，利用4k A, 500kV的强流相对论电子束，可得到099GHz，800MW的微波输出，效率约40％. 关键词： 强流相对论电子束 自调制 反馈机制 数值模拟     

Experimental determination of the mean free path of screened edge magnetoplasmons in a two-dimensional electron gas

Magnetic oscillations of the photovoltage in a two-dimensional electron system with the back gate, exposed to microwave radiation, are studied. The oscillations result from the interference of screened edge magnetoplasmons (EMPs). The mean free path of the EMPs is quantitatively determined by analyzing the dependence of the oscillation amplitude on the electron density. The dependences of the mean free path of the EMPs on the two-dimensional electron density, microwave frequency, electron relaxation time, and the magnetic field are studied. It is found that the dependences agree qualitatively with the known theoretical calculations.     

ECR离子源束流发射度的实验研究

利用最新自行研制的电扫描发射度探测系统, 在ECR离子源上进行了一系列关于ECR离子源引出束流发射度的研究. 这套电扫描发射度探测系统安装在中国科学院近代物理研究所(兰州)的LECR3试验平台的束运线上. 试验中, 通过测量相关参数, 研究了磁场、微波、掺气效应及负偏压效应等对引出束流发射度的影响. 利用实验所得的结果与关于ECR等离子体和离子源束流发射度的半经验理论, 分析推导了离子源各可调参数与ECR等离子体的直接关系, 这为分析探索ECR离子源的工作机制提供了一定的参考依据.     

Metastable state of sliding CDW in K0.3MoO3

The narrow band noise and the transient voltage oscillation were investigated in a k_0.3MoO₃ sample, which showed different I–V characteristics in the non-linear conductivity region for dc and pulse methods. For repeated current pulses, after a sufficiently long duration of dc current, the voltage response showed relaxation behavior with a relaxation time of about 30 min at 77 K. Similar relaxation was also observed for the opposite case of a dc current applied after repeated pulses. The slope of frequency of voltage oscillation against CDW current was constant through these relaxation process in both dc and pulse cases. But the peak of narrow band noise is larger and sharper after repeated pulses than in the dc stationary state. This result was understood as an enhancement of the coherent-phase region for voltage oscillation in the case of repeated pulses.