CSR电子冷却系统电子束空间电荷效应对电子束温度的影响

 通过求解电子冷却系统中冷却段漂移管区的强流电子束产生的空间电荷场,研究了电子束空间电荷效应对电子温升的影响。结合HIRFL CSR电子冷却系统的典型参数,得到了电子在自身空间电荷场和纵向螺线管磁场组成的交叉场作用下产生的漂移速度和由此引起的附加温度大小,并指出减小电子束空间电荷效应的方法。     

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。     

储存环内电子冷却过程模拟

考虑储存环内离子的横向振荡和纵向振荡的运动特性,模拟了HIRFL-CSR内重离子束的电子冷却过程.给出了离子束的横向发射度和纵向动量散度随时间连续变化的图象,由此分析了电子束的空间电荷效应,冷却段色散函数和横向电子束温度对冷却过程快慢的影响.     

CSR实验环电子冷却装置的纵向电子束温度

电子冷却装置中, 电子束纵向温度是计算冷却力的主要参量之一. 当电子与被冷却离子的相对速度很小时, 纵向冷却力与离子速度呈线性关系, 并且线性区域的宽度与电子束纵向温度有关. 通过分析影响电子束纵向温度的主要因素, 得到了兰州重离子冷却储存环实验环(CSRe)电子冷却装置中电子束纵向温度的大小.     

空间电荷场对自由电子激光中电子稳态轨道的影响

本文从三维模型出发,详细地研究了自由电子激光中电子束空间电荷场对相对论性电子稳态轨道的影响,发现考虑空间电荷场的三维效应后,电子稳态轨道出现新的不稳定性区域。 关键词：     

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。     

空间电荷效应对热场致发射中诺廷汉效应的影响

热场致发射阴极所产生的强流电子束具有很强的空间电荷效应,为研究该效应对热场致发射过程中诺廷汉（Nottingham）效应的影响机理,在理论分析的基础上,用数值方法研究了不同逸出功和多个外加电场条件下考虑空间电荷效应对诺廷汉效应结果的影响,并与不考虑空间电荷效应时的情形进行了对比. 结果表明：空间电荷效应的强弱会显著影响到阴极表面的稳态电场,进而对诺廷汉效应产生不可忽略的影响;当逸出功在3.0–4.52 eV、外加电场在3×10⁹–9×10⁹ V/m范围内时,考虑空间电荷效应的影响后,热场致发射电子所带走的平均能量较不考虑空间电荷效应时增加0–2.5 eV,且温度越高或外加电场越大时,该增加值越大;考虑空间电荷效应对诺廷汉效应的影响后,热场致发射电子从阴极带走的平均能量随外加电场的增加呈非线性下降规律;当阴极表面温度较高时,诺廷汉效应中的冷却效应随二极管间隙距离的变大而增强. 关键词： 热场致发射 诺廷汉效应 空间电荷效应 阴极表面电场     

带状电子束的空间电荷场

 利用理论分析和数值计算的方法研究了矩形波导内均匀电流密度的带状电子束模型的空间电荷场,给出了该带状电子束模型的空间电荷场的解析表达式,并研究了空间电荷场随带状电子束的几何参数和物理参数的变化规律。研究表明：在不改变电流密度的前提下,更宽的电子束可以传输更强的束流,而空间电荷场并不随束宽度的增大而增大,但是增加电子束厚度会使空间电荷场显著增强,从而不利于高流强电子束的传输;对于相同电流的带状电子束,保持电子束厚度不变,增大电子束宽度,相应地降低电流密度是降低空间电荷场的一个很好的途径,而保持电子束的宽度不变,增大束厚度,相应地降低电流密度只会使沿着电子束截面宽度方向的电场减小,而沿着电子束截面厚度方向的电场基本不变;对于相同电流和电流密度的带状电子束,更宽、更薄的电子束横截面尺寸能使沿着电子束截面宽度方向的电场降到更低,而沿着电子束截面厚度方向的电场只是略有减小。     

HIRFL–CSR主环电子冷却装置调试

介绍了在HIRFL–CSR主环电子冷却装置上首次设计的能够产生空心电子束的电子枪阴极. 在弯曲螺线管内采用了静电偏转电极,冷却段采用了高磁场平行度螺线管设计,在IMP与BINP的合作下完成了电子冷却装置,测量了电子束剖面及密度分布、冷却段磁场平行度、电子枪和收集器的性能,实验验证了静电偏转电极的优越性,调试结果表明实现了预期的设计目标.     

电子束在周期场中的稳定性

本文讨论了强流电子束通过周期性静电场和静磁场的稳定性。说明了圆柱形电子束通过简谐电磁场和周期性非简谐场例如锯齿形,矩形,等腰梯形等静电场的稳定和不稳定区域。将各种场的主要不稳定区进行比较,表明锯齿形场的主要不稳定区宽度最小。指出当空间电荷效应不可略去时,电子束在稳定区内并不是无条件稳定而是有条件稳定的。这与空间电荷电流大小以及电子束的振幅有关。     

Pseudospark produced pulsed electron beam for material processing

An intense pulsed electron beam produced by a pseudospark discharge is used for material processing. The electron beam propagates in a self-focused manner in the background gas. Hardly 12 ns after the beginning of the discharge the fraction of space charge neutralization is about 96%. To sustain the neutralization effect high energy electrons (E <500 keV) are accelerated in radial direction at the beam head, due to strong electric field gradients. At current maximum the beam pinches due to its own magnetic field. At peak current of 400 A and charging voltage up to 16 kV power density reaches 10⁹ W/cm ² on the target surface. Some results of copper thin films are presented. Due to the high expansion velocity of 10⁴ m/s of the ablated target material a copper-matrix has been masked     

扇形多注强流相对论电子束的产生与传输研究

多注相对论速调管相对于常规相对论速调管, 每注电子束具有更低的导流系数和更低的空间电荷力, 却具有更高的束波转换效率. 本文基于这方面的需求, 通过三维软件模拟与实验研究了扇形多注强流相对论电子束的产生与传输. 通过建立电子枪的三维模型, 分析了阴极端面静电场的分布及其对电子束产生的影响; 通过粒子模拟获得了发射束流, 然后通过粒子跟踪仿真, 得到了电子束在空心漂移管和多扇形孔漂移管中传输的束斑图, 并对其进行了理论分析与解释. 模拟和实验结果表明, 电子束在空心漂移管传输过程中不仅绕束自身中心旋转, 还绕系统的中心旋转, 通过旋转多扇形孔漂移管实现对中的方法可提高传输效率.     

Intense electron beam propagation by charge neutralization from adielectric collimator

An intense beam is not propagated in vacuum because of its space charge. In this work, an intense electron beam of 250 keV, 6 kA, 80 ns is propagated after initial collimation inside a short length of dielectric tube and further confinement provided by ions attributed to beam irradiation. Such beams have important potential in particle beam and controlled fusion research. It is seen that electrons are slowed down to the ion velocity, while ions are collectively accelerated by the beam space-charge. Collimator geometry is varied for space-charge control. Elongation of the beam pulse width to 100-300 ns is observed depending on propagation distance. Explanations are presented through physical model and scaling laws     

磁场对球头阴极二极管特性的影响

 采用全电磁PIC粒子模拟方法研究了磁场对球头阴极二极管物理特性的影响。结果表明外加磁场主要是通过对二极管束流轨迹的改变来影响二极管的物理特性。由于外加磁场将约束其产生电子束的发散，结果使其空间电荷限制电流减小，其值在无外加磁场并且自磁场可以忽略时的空间电荷限制电流值的0.5~1倍范围内。当外加磁场足够强时，束流轨迹主要受外加磁场控制，二极管产生的电子束既不箍缩也不发散。强外加磁场条件下的空间电荷限制电流近似为无外加磁场时的一半；在无外加磁场条件下，在阳极处的束流半径随二极管电压电流的增大而减小，空间电荷限制电流增强因子随束流半径的减小而减小，随二极管电压电流增大而减小。这一系列结果是在二极管电流小于其自箍缩临界电流条件下得到的。     

新型高功率径向强流速调管振荡器

 提出了一种新结构的高功率径向强流速调管振荡器,该器件利用折叠式同轴谐振腔的微波场与接近空间电荷限制电流的径向电子束强烈相互作用产生高功率微波。首先对这种器件的实现机理进行了初步的分析，提出了有间隙电压情况时的径向同轴间隙的空间电荷限制电流1维近似估计模型。分析表明：对于电子束直流接近但小于直流空间限制电流的径向速调管，当有调制间隙电压时，空间限制电流要小于无调制间隙电压情况下的直流空间限制电流，径向强流电子束电流接近和超过空间电荷限制电流时会出现强烈的调制。然后用PIC程序对其特性进行了粒子模拟，在二极管输入电压500 kV、电子束电流为30 kA条件下，最终得到了峰值功率6 GW、频率1.3 GHz的微波输出。