直线感应加速器中聚束磁场的数值计算方法

为了准确模拟出直线感应加速器中聚束磁场的值,首先利用单积分法计算出理想情况下的聚束磁场的值,再进一步用磁路分析的方法考虑直线感应加速器的加速腔中匀场环对聚束磁场的影响,然后推导出一组偏离角度与磁场分量相关的公式。将最终得到的聚束磁场分量与直线感应加速器模型结合起来,采用粒子模拟的方法来模拟电子束在加速段中的输运过程,并对结果加以分析。     

直线感应加速器模拟软件多功能发射模块开发

在模拟直线感应加速器电子束输运过程中,为了正确设置注入器电子束参数,以注发射模型为基础,研发了可设置发射度、能散和电子束倾斜的多功能发射模型。理论研究了发射度、能散以及电子束倾斜角度,并将这些理论实现到发射模块上。建模对多功能发射模块进行测试,比较设定的电子束参数与模拟测定的电子束参数。通过比较,观测到设定电子束参数与模拟测定值一致,验证了多功能模块开发的正确性。     

脉冲馈入方式改变对束流传输的影响

利用加速器原有的束流传输及检测系统,在单脉冲直线感应加速器上分别对双边馈入和单边馈入情况下强流束的传输情况进行了实验测量。实验结果表明:在改变加速脉冲的馈入方式后,传输过程中电子束在加速段的束心位置发生了明显改变,将对加速器的束流输运产生非常不利的影响。通过对实验数据的比较和分析,提出了传输线延时产生双脉冲可能采用的脉冲馈入方案。     

“神龙一号”直线感应加速器物理设计

 介绍了 “神龙一号”直线感应加速器物理设计的主要考虑。“神龙一号”加速器是一台电子直线感应加速器，由3.6MeV感应迭加型注入器、72个感应加速腔、脉冲功率系统、束流输运和聚焦系统、控制系统和真空、绝缘油、绝缘气体以及去离子水系统组成。能产生20MeV、束流大于2.5kA，脉冲宽度为60ns的强流脉冲电子束，X光焦斑均方根直径为1.5mm。     

“神龙-I”直线感应加速器束流输运系统设计

 系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应、束包络振荡和束心横向运动。所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙 I”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

“神龙—Ⅰ”直线感应加速器束流输运系统设计

系统分析了强流相对论电子束在输运过程中影响束流品质的几种因素,针对束流不同能区凸现的主要矛盾,采取对应性措施以抑制空间电荷效应,束包络振荡和束心横向运动,所有措施归结到束流输运系统设计上表现为合适的束输运半径和匹配磁场的选取,提出了束流输运磁场配置的一般策略,初步设计了“神龙－Ⅰ”直线感应加速器束流输运系统的总体布局。     

“神龙二号”直线感应加速器加速腔电路模拟

针对神龙二号直线感应加速器所采用的非晶磁芯感应加速腔，建立了能够兼顾结构参数和磁芯性能的加速腔电路模型。对与加速腔结构相关的各集总电容参数进行了计算，并通过模拟波形与实验电压电流波形的对比，确定了加速腔磁芯模块的参数设定，实现了对非晶磁芯感应加速腔脉冲励磁过程较为准确的模拟。通过电路模拟，可以得到脉冲励磁时加速腔各部分的电压电流分布，为加速腔的结构优化和故障原因分析提供了有效的手段。     

双脉冲电子束源实验

2MeV直线感应加速器注入器系统由电子束产生器和脉冲功率系统组成。电子束产生器包括由感应腔组成的阴极电压叠加器、阳极电压叠加器和真空二极管及束输运系统。脉冲功率系统则包含初级功率源Marx、次级功率源Blumlein线和触发系统，其作用是为感应腔提供一个具有数十纳秒平顶宽度的高压脉冲，激发感应腔在感应腔间隙上获得一个加速电场。在2MeV注入器功率系统中，4个Blumlein线的充气开关是由发散装置的输出触发信号进行导通控制的。通过控制发散输出触发信号到达Blumlein线开关的时间，即可以实现Blumlein线开关在不同时间内触发导通，使Blumlein线依据所设定的时间顺序输出激励脉冲，从而在真空二极管上获得高压脉冲串。由于功率系统采用的是182C结构，即一根Blumlein线驱动两个感应腔，因此最多可以实现四脉冲串列。     

10MeVLIA强流电子束的输运

介绍了１０ＭｅＶ直线感应加速器（ＬＩＡ）束输运系统布局及实验的调试规律。分析了束横向运动对束稳定输运的影响，理论分析和实验调试的结果表明，抑制束稳定输运的主要障碍来自束的横向运动。当束稳定输运时，可获得束能１０．４ＭｅＶ，束流强度２．６ｋＡ，束半高宽约１００ｎｓ的强流脉冲电子束。     

一种在线式电子束能量测量方法

针对直线感应电子加速器中的束流特点,设计了一种在线式电子束能量测量方法。该方法使用分析磁铁和束位置探测器对电子束团切片平均能量进行测量,避免了束团取样带来的误差及测量过程对束流的影响,可以实现电子能量的在线测量。使用该方法对某强流直线感应电子加速器的电子束团能量进行了测量,获得了电子束团切片平均能量随时间变化的曲线,能量测量不确定度为0.177 MeV,能散度测量不确定度为0.39%。     

激光差拍波等离子体加速装置中约束磁场的计算研究

 通过对等离子体发生器建立三维模型,计算得到磁场在该装置中的分布情况。所得结果与实际测量基本一致 ,从而说明所建模型的合理性。通过调节一些参数,对该模型进一步搞清了导致等离子体发生器中真实磁场较实验设计要求偏低的主要原因,并提出了相应的改进方案。     

激光差拍波等离子体加速装置中约束磁场的计算研究

通过对等离子体发生器建立三维模型,计算得到磁场在该装置中的分布情况。所得结果与实际测量基本一致,从而说明所建模型的合理性。通过调节一些参数,对该模型进一步搞清了导致等离子体发生器中真实磁场较实验设计要求偏低的主要原因,并提出了相应的改进方案。     

横磁模下介质表面二次电子倍增的抑制

在介质加载加速器结构(DLA)内, 提出采用刻槽结构结合外加磁场的方法用于在电磁场横磁(TM)模式下抑制介质表面的电子倍增. 通过理论分析和数值模拟, 比较了刻槽结构和纵向磁场对斜面上电子碰撞能量和渡越时间的影响, 得到了在介质表面同时存在法向RF电场及切向RF电场时, 采用刻槽结构并施加一定的纵向磁场强度, 可有效抑制二次电子倍增的发展, 提高介质面的击穿阈值.     

宽平顶低横向场分量螺线管线圈设计

介绍了非均匀绕线技术和匀场环技术在螺线管线圈设计中的应用。分析表明这两种技术的采用可以减小线圈间隙的磁场波动、屏蔽线圈磁场的横向分量,从而设计出宽平顶低横向场分量的螺线管线圈。针对中国工程物理研究院12 MeV直线感应加速器螺旋管线圈的设计结果表明,非均匀绕线技术可以使线圈间隙处的轴向磁场波动减小约70%,匀场环的采用则能使线圈磁场的横向分量减小96.5%。     

Axial electric wake field inside the induction gap exited by the intense electron beam

While an intense electron beam passes through the accelerating gaps of a linear induction accelerator,a strong wake field will be excited.In this paper a relatively simple model is established based on the interaction between the transverse magnetic wake field and the electron beam,and the numerical calculation in succession generates a magnetic wake field distribution along the accelerator and along the beam pulse as well.The axial electric wake field is derived based on the relation between field components of a resonant mode.According to some principles in existence,the influence of this field on the high voltage properties of the induction gap is analyzed.The Dragon-I accelerator is taken as an example,and its maximum electric wake field is about 17 kV/cm,which means the effect of the wake field is noticeable.     

Axial electric wake field inside the induction gap exited by the intense electron beam

While an intense electron beam passes through the accelerating gaps of a linear induction accelerator, a strong wake field will be excited. In this paper a relatively simple model is established based on the interaction between the transverse magnetic wake field and the electron beam, and the numerical calculation in succession generates a magnetic wake field distribution along the accelerator and along the beam pulse as well. The axial electric wake field is derived based on the relation between field components of a resonant mode. According to some principles in existence, the influence of this field on the high voltage properties of the induction gap is analyzed. The Dragon-I accelerator is taken as an example, and its maximum electric wake field is about 17 kV/cm, which means the effect of the wake field is noticeable.     

磁约束磁控溅射源的磁场设计

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的"跑道环"形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。     

基于螺线盘聚焦径向电子束的理论分析与仿真研究

对径向电子束在浸没式聚焦条件下的传输特性进行了理论分析,得到了束流传输过程中轴向扩张幅值与外加引导磁场强度之间的解析表达式。阐述了螺线盘在空间中任意一点产生磁场的理论,给出了通以相反方向电流的螺线盘之间磁场的分布规律。设计了一种基于螺线盘聚焦径向电子束的引导磁场系统,并对电子束的传输特性进行了仿真研究,结果表明径向电子束能够在设计的引导磁场系统下实现束流的稳定传输。     

Breakdown magnetic field in an inductively coupled plasma

The Paschen curve shows that the breakdown voltage over a gap is a non-linear function of the product of the gas pressure and the gap distance for plasmas which are generated inside an electric field driven source. The Paschen breakdown relationship does not depend on the applied frequency and covers secondary emission at the electrodes of the discharge. Adapting the Paschen curve, a breakdown curve for a time-dependent magnetic field, typical for inductively coupled plasmas which sources are without electrodes, is examined here. It is shown that in this case the magnetic field breakdown curve does depend on the applied frequency.     

Generation of 1.5-kW, 1-THz coherent radiation from a gyrotron with a pulsed magnetic field

To cover a so-called terahertz gap in available sources of coherent electromagnetic radiation, the gyrotron with a pulsed solenoid producing up to a 40 T magnetic field has been designed, manufactured, and tested. At a 38.5 T magnetic field, the gyrotron generated coherent radiation at 1.022 THz frequency in 50 musec pulses. The microwave power and energy per pulse were about 1.5 kW and 75 mJ, respectively. Details of the gyrotron design, manufacturing, operation and measurements of output radiation are given.