高功率高增益大直径相对论返波管

对大直径同轴相对论返波管采用双板波纹波导模型结合电子运动的罗伦兹力方程、电荷连续性方程和电磁波麦克斯韦方程建立了系统的线性流体理论.使用该理论详细地研究了器件的各系统参数对束波相互作用,特别是对微波指数增长率的影响.给出了3cm波段的大直径同轴相对论返波管实验装置的系统参数.     

改进型磁绝缘线振荡器的设计和数值模拟

 综合两种现有磁绝缘线振荡器的优点，对器件进行改进，将双渐变结构、轭流片和阻抗渐变三种增大功率的机制综合考虑，利用二维半全电磁PIC程序进行数值模拟，设计了一种新的改进型磁绝缘线振荡器，当外加电压为550kV，电流为35kA左右时，在L波段获得了6GW的峰值输出功率。     

放大器型自由电子激光饱和功率的定标定律

用量纲分析和数值计算相结合的方法,给出常参数放大器型毫米波自由电子激光基模辐射的饱和功率和饱和长度的一套定标定律。     

磁绝缘线振荡器的自动优化设计

为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点,提高高功率微波器件的优化设计水平,将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合,研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件——两个波段的磁绝缘线振荡器(MILO):C-MILO和L-MILO进行优化设计。在输入功率不变的条件下,原C-MILO效率为10.8%,经优化后效率为15.4%;原L-MILO效率为12.6%,经优化后效率为17.7%。由此得出,两类MILO模型经优化后在输入功率基本不变的情况下输出功率和效率都有很大程度的提高,且模型几何参数合理,物理图像正确。     

自由电子激光同步振荡边带超辐射的数值模拟研究

给出了描述自由电子激光同步振荡边带超辐射的方程组和它的解法,用编制的数值计算程序,对系统进行数值模拟研究,给出边带超辐射的频率和功率的定量结果,并证明在边带辐射中诱导辐射仍是主要的。     

二维数值模拟爆轰中化学反应率的应用

续定常爆轰数值模拟中化学反应率与人为粘性的相关性,本文对体积起爆函数进行了一维、二维系统考查,并与Cochran反应率做了二维对比计算给出数值结果。数值模拟爆轰的复杂相互作用,应用体积起爆函数为好。     

曙光一号自由电子激光器边带不稳定性研究

结合曙光一号自由电子激光器的实际条件,在WAGF EL程序的基础上考虑了光脉冲和电子脉冲因速度不同而引起的滑移,使处在有质动力势阱中的电子因同步振荡位相的不同而发生耦合,使激光强度的调制出现边带不稳定增长而导致光束质量变坏。程序的考察通过利弗莫尔实验室 GINGER程序的结果进行,以确保计算结果的可靠。在此基础上对曙光一号自由电子激光器的边带进行了计算。     

锥形慢波结构波导谐振腔微波发生器

 利用二维半的PIC等离子体物理程序设计了一种新的结构简单、体积小、重量轻、频率稳定的高功率、高效率的微波器件。此器件采用了锥形慢波结构波导谐振腔,不用外加引导磁场。微波频率可以设计为f=1.6 ~12GHz,功率P_out可达GW。     

微波击穿大气电子温度与电子密度依存关系

给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组,并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程,给出了在击穿建立过程中,电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明:由于大气层中本底自由电子数密度较低,高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度,与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多,而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。     

提高相对论返波管超辐射峰值功率的新途径

 基于相对论返波管束波互作用的非线性自洽方程组,针对超辐射机制相对论返波管计算模型,编制程序数值研究了二极管电压、电流、耦合阻抗等参数对输出超辐射的影响,提出了提高相对论返波管超辐射峰值功率的新途径。通过全电磁粒子模拟程序验证了所得结论：超辐射机制下,通过电子束脉冲内线性调制二极管电压和电流,以及采用非均匀耦合阻抗的混合优化方式,可以增加束波共振范围和改善束波换能效率,达到进一步提高相对论返波管超辐射峰值功率的目的。