长脉冲高阻抗强流电子束二极管

 介绍了强光一号加速器长脉冲功率系统；分析了强光一号加速器长脉冲轴向绝缘高阻抗电子束二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能；阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则，给出了设计参数。实验研究表明：二极管电压0.75~2.6MV，电流65~85kA，电压幅值对应的工作阻抗14~44Ω，输出轫致辐射脉冲宽度100~400ns，100 cm²输出窗口的轫致辐射剂量率10⁸~2×10⁹Gy/s。     

重复脉冲强流电子束源长时间稳定运行实验研究

 简要阐述了脉冲变压器型重复脉冲强流电子束加速器CHP01的组成、主要特点及工作原理，利用设计的重复脉冲强流电子束源进行了长时间运行实验研究，实验结果达到：在100 Hz重复频率下连续运行5 s，脉冲变压器能稳定输出电压1.15 MV,强流束二极管输出电压超过800 kV、束流7 kA、脉冲宽度45 ns，阴极电子发射密度超过10 kA/cm²，且运行稳定可靠。利用该电子束源进行了X波段类周期慢波结构微波器件实验研究，在50 Hz重复频率下连续运行5 s，输出微波功率超过1 GW，脉冲宽度大于25 ns。     

微脉冲电子枪的初步实验研究

给出了微脉冲电子枪的模拟计算及其初步实验结果. 该电子枪采用铜铝镁合金作为冷阴极材料, 在以磁控管作为微波功率源的出束实验中得到了100mA/cm²的电流密度.实验结果与次级电子倍增解析计算和SEEG程序的模拟计算结果基本符合, 初步验证了微脉冲电子枪的基本原理, 为今后实验中得到更大的电流密度打下了基础.     

一种低能散RFQ加速器的物理设计

讨论了脉冲束注入、逐步增加同步相位、减小电极调制系数和极间电压等降低RFQ加速器能散的途径, 并在此基础上设计了一台能散为0.6%的RFQ加速器. 该加速器用于加速器质谱对¹⁴C, ¹³C, ²C 3种 离子的传输有很强的选择性, 有利于降低测量本底、简化装置.     

“强光一号”预脉冲气体开关特性研究

 对“强光一号”加速器预脉冲气体开关特性进行了初步研究，估算开关固有电容等电气参数，给出了开关的直流自击穿特性。在此基础上，针对“强光一号”加速器预脉冲的特点，选取加速器中的预脉冲开关的工作间距及工作气压，在开关间距为24mm，气压为6.0×10⁵Pa时，成功的抑制了预脉冲。     

用于强流电子束加速器的大功率匹配负载的研制

 研制了一种电阻值为20 W的用于强流电子束加速器调试的大功率匹配负载。该负载已应用于基于水介质螺旋脉冲形成线强流电子加速器的调试。在该匹配负载上获得了较好的电压和电流波形，其电压幅值为200 kV，电流为9 kA,脉冲半高宽为150 ns。根据研制的匹配负载的几何尺寸，对该匹配负载的电感、电容进行了理论计算，得到的电感和电容值分别为2.12×10^-8 H和4.51×10^-10 F;并用PSpice软件对脉冲方波加载到匹配负载进行了模拟计算，用ANSYS软件对匹配负载的电场分布进行了模拟，理论和模拟结果与实验测量值基本一致。该匹配负载具有电感小和结构简单等特点，对匹配负载温升的理论计算表明，该匹配负载也可以用于重复频率小于10 Hz的加速器调试。     

高电流低气压等离子体阴极电子枪设计与实验

 设计了一种新型的高功率低气压等离子体电子枪。基于空心阴极效应和低压辉光放电原理与经验，确定了空心阴极、加速间隙、工作气压范围等。提出关于等离子体阴极电子枪产生高功率、高密度电子束源的整体方案。分别在连续馈气和脉冲馈气条件下进行实验测试，得到放电电流、收集极电流与气压、脉宽及调制器电压的关系。实验获得电子枪的典型放电电流为150~200 A，脉宽60 μs；传输电子束达到30~80 A，脉宽60 μs。该结果表明该新型等离子体阴极电子枪可以取代材料阴极作为大电流、长脉冲电子束源，特别适用于等离子体加载微波管。     

铁电阴极电子枪的初步实验研究

 设计加工了铁电阴极电子枪,给出了模拟计算及其初步实验结果。电子枪为皮尔斯枪型,采用顺电相陶瓷Ba0.67Sr0.33TiO₂作为铁电阴极材料,电子枪电压脉宽80 ns,幅值最大可达80 kV,设计电子枪导流系数为0.15×10^-6 A·V^-3/2。电子枪电压从30 kV逐步增大到56 kV,测量到其发射电流从0.7 A逐步增大到2.5 A。根据实验结果拟合得到的电子枪导流系数为0.2×10^-6 A·V^-3/2,与设计基本符合。     

集装箱检测系统用加速器电子枪的特性研究

 研究了固定式海关集装箱检测系统用9MeV电子行波直线加速器电子枪的结构特点和束流特性。该电子枪采用钪酸盐阴极,在灯丝电流为2.4A,阳极引出电压为-40kV的工作条件下,由电子枪发射到加速器入口处的脉冲电流强度为300mA,在加速器出口处,束斑截面小于φ2mm;打靶后,产生的X射线剂量率大于30cGy/(min× m)。电子枪的良好特性及束流强度保证了集装箱检测图像所需的高分辨率的要求。为保证满足更换电子枪时的安装要求,利用EGUN程序模拟计算了电子枪的结构及束流特性,为实际装配和使用提供了参考尺寸和调试参数。     

BEPCII电子枪系统设计

 BEPCII改进工程需要更高流强的电子枪。新电子枪系统的物理设计、机械设计、控制系统设计等均进行了描述。电子枪的设计发射电流在脉宽为1 ns时大于10 A，重复频率50 Hz。将会采用脉冲电源来为电子枪提供最高200 kV的脉冲高压。在设计阶段，电子枪的几何结构和束流传输过程利用计算机模拟进行了优化。EGUN和DGUN的计算结果表明导流系数为0.22 mA·V^-3/2，电子枪出口的发射度为16 p·mm·mrad。PARMELA的模拟结果表明束流能顺利地传输至第一根加速管末端，捕获效率为67%，出口的均方根发射度为25 mm·mrad。基于EPICS平台的电子枪控制系统设计也已完成，提供了全新的双脉冲运行模式和2.5 μs长脉冲运行模式。     

HL-2Aװ��ECRH�����ѹ��Դϵͳ����

ECRH阳极高压电源系统由高压直流电源及调制器两部分组成。高压直流电源采用晶闸管调节升压变压器的输入电压,在低电位端利用三极管串联线性调整输出DC电压,控制器采用了内外双闭环控制技术,其最大输出为30kV/130mA;调制器使用真空四极管为核心部件。使用仿真软件对电路进行了优化设计。独立调试实验及HL-2A装置放电实验数据表明,该电源系统具有大范围调压、低纹波输出、快速调制等特点。     

双脉冲电子直线感应加速器实验研究

 Mini-LIA为MHz重复频率双脉冲电子直线感应加速器,由双脉冲功率系统、热阴极电子枪注入器及金属玻璃磁芯感应加速腔等组成。在此平台的实验获得了数百ns间隔（即MHz重复频率）的双脉冲高压,每个脉冲幅值达到80 kV,脉冲半高全宽为80 ns;在感应腔加速间隙处测得双脉冲加速电场;在加速器出口处测量得到流强约1.1 A的双脉冲电子束流。实验结果表明：利用硅堆隔离汇流装置可实现MHz重复频率的双脉冲高压,金属玻璃磁芯感应加速腔和六硼化镧热阴极电子枪均适合MHz重复频率双脉冲工作方式。     

A COAXIAL MAGNETRON INJECTION GUN (CMIG) FOR A 2 MW, 170 GHz COAXIAL CAVITY GYROTRON

An electron gun (80 kV / 75 A) for a 170 GHz coaxial cavity gyrotron has been designed, fabricated and tested. Special care has been devoted to the design of the technical part of the electron gun in order to avoid trapping of electrons, which may result in a limitation of the high voltage performance due to built-up of a Penning discharge which may limit the high voltage performance. The performance of the electron gun and electron beam has been found to be well in agreement with the design objective. A stable operation up to I_b = 80 A and U_c = 80 kV has been obtained without any observable beam instabilities. No limitations in high voltage performance due to built-up of a Penning discharge occurred. The influence of the type of electron flow on gyrotron performance has been studied experimentally. The maximum output power has been obtained for an intermediate type of flow.     

超紧凑型飞秒电子衍射仪的设计

由于空间电荷效应的限制,产生百飞秒的极短电子脉冲是超快电子衍射技术的一大难点.同时,电子的穿透深度随着电子能量的增加而增加,而电子的散射几率却具有相反的规律.因而,除了时间分辨的提升,还需要可宽范围调节的电子能量以优化不同厚度样品对其的需求.基于此,提出并设计了一种新型超紧凑电子枪,结合均匀场阴极和可移动阳极的配置,可在10-125 kV加速电压范围内实现100 fs量级时间分辨率.通过优化设计高压电极轮廓,使得其轴上和整个阴极面的场增强因子在不同阴阳极间距下均小于约4%,从而保证了不同加速电压下最大轴上场强均可达10 MV/m量级,有效地抑制了电子脉冲的展宽效应;进一步将阳极小孔设计成可放置致密电镜载网的阶梯孔,一方面可将载网支撑的样品紧贴小孔后方放置,最大程度上缩短了电子从阴极到样品的时间弥散,同时也可以有效地减弱阳极孔对电子束的散焦效应,提升电子束的横向聚焦性能.     

ELECTRON GUN FOR LARGE ORBIT GYROTRON (LOG) WITH DECREASED INFLUENCE OF CATHODE PLASMA ON ELECTRON BEAM PROPERTIES

High power Large Orbit Gyrotron (LOG) [1] is now under development at FIR FU. First version of this device was recently manufactured and then assembled with power supply ETIGO-IV [2]. Results of preliminary tests of electron-optic system are presented. The conditions when stable flat form of current pulse realized are discussed. Analytical estimations of cathode-anode distance to achieve small influence of cathode plasma during high voltage (HV) pulse are performed. Two new electron gun versions with decreased influence of the cathode plasma on its impedance and pulse form are suggested and optimized. New optimal magnetic field distributions are found. First gun has quiasi-flat cathode configuration near the anode diaphragm and provides operating current about 60 A. Second one uses blade cathode with operating current about 30 A. Beam quality for both guns is suitable for LOG operation.     

ELECTRON GUN FOR LARGE ORBIT GYROTRON (LOG) WITH DECREASED INFLUENCE OF CATHODE PLASMA ON ELECTRON BEAM PROPERTIES

High power Large Orbit Gyrotron (LOG) [1] is now under development at FIR FU. First version of this device was recently manufactured and then assembled with power supply ETIGO-IV [2]. Results of preliminary tests of electron-optic system are presented. The conditions when stableflat form of current pulse realized are discussed. Analytical estimations of cathode-anode distance to achieve small influence of cathode plasma during high voltage (HV) pulse are performed. Two new electron gun versions with decreased influence of the cathode plasma on its impedance and pulse form are suggested and optimized. New optimal magnetic field distributions are found. First gun has quiasi-flat cathode configuration near the anode diaphragm and provides operating current about 60 A. Second one uses blade cathode with operating current about 30 A. Beam quality for both guns is suitable for LOG operation.     

220 GHz均匀永磁聚焦行波管电子光学系统的设计与实验研究

电子光学系统是行波管的核心部件之一,在太赫兹频段,电子束通道很小,导致高电流密度电子束的传输非常困难。基于220 GHz折叠波导行波管慢波结构设计所需束流参数,根据理论分析和电磁仿真软件,设计了一款采用均匀永磁聚焦对电子束进行约束的电子光学系统。仿真结果显示,当电子束通道直径0.3 mm、长度31 mm时,在阴阳极压差20 kV的条件下阴极发射电流141 mA,电子流通率100%。根据设计结果封接了流通管,实验结果显示,当阴阳极压差20 kV时,阴极发射电流138.5 mA,收集极电流125.5 mA,电子流通率91%。     

毫米波行波管电子光学系统的设计

 利用基于虚边界元法的VBGUN程序和基于边界元法的MOM程序，对一折叠波导毫米波行波管的电子光学系统进行了设计。设计过程中使用计算相关性系数的方法调节参数，通过计算敏感性系数以考察加工误差带来的影响。设计过程显示：低导流系数、小束腰、高压缩比的毫米波电子枪的层流性与电极尺寸相关性很大，易受到加工误差的影响；聚束系统的设计难点在于轴上峰值磁感应强度要受到漂移管半径的限制，这一点可以通过提高工作电压和降低电流来平衡，因此它的设计必须与慢波结构的设计同时进行。