大面积均匀电子束产生实验研究

在电子束泵浦气体激光实验中,大面积均匀电子束是获得高效能激光输出的必要条件。介绍了利用SPG-200脉冲功率源产生大面积均匀电子束的实验。SPG-200是基于SOS的全固态重复频率脉冲功率源,其开路电压大于350 kV。用于产生电子束的真空二极管阴极长294 mm,宽24 mm,两端均为半径为12 mm的半圆,栅网平面为阳极面,两者之间的距离在0~49 mm可调,阴极发射的电子束通过用于隔离激光气室和二极管真空室的压力膜及其支撑栅网引出。分别以石墨和天鹅绒为阴极材料,获得了大面积电子束输出,给出了二极管参数的测量结果,并对电子束发射均匀性进行了诊断。实验结果表明：在阴极材料为石墨、阴阳极间隙为5~9 mm时,二极管电压为240~280 kV,二极管电流为0.7~1.8 kA,输出的电子束很不均匀;在阴极材料为天鹅绒、阴阳极间隙为31~46 mm时,二极管电压为200~250 kV,二极管电流为1.5~1.7 kA,输出的电子束均匀性较好。     

大面积均匀电子束产生实验研究

 在电子束泵浦气体激光实验中,大面积均匀电子束是获得高效能激光输出的必要条件。介绍了利用SPG-200脉冲功率源产生大面积均匀电子束的实验。SPG-200是基于SOS的全固态重复频率脉冲功率源,其开路电压大于350 kV。用于产生电子束的真空二极管阴极长294 mm,宽24 mm,两端均为半径为12 mm的半圆,栅网平面为阳极面,两者之间的距离在0~49 mm可调,阴极发射的电子束通过用于隔离激光气室和二极管真空室的压力膜及其支撑栅网引出。分别以石墨和天鹅绒为阴极材料,获得了大面积电子束输出,给出了二极管参数的测量结果,并对电子束发射均匀性进行了诊断。实验结果表明：在阴极材料为石墨、阴阳极间隙为5~9 mm时,二极管电压为240~280 kV,二极管电流为0.7~1.8 kA,输出的电子束很不均匀;在阴极材料为天鹅绒、阴阳极间隙为31~46 mm时,二极管电压为200~250 kV,二极管电流为1.5~1.7 kA,输出的电子束均匀性较好。     

天鹅绒阴极产生的强流双脉冲电子束特性

 通过一台2 MeV直线感应型强流电子注入器建立的双脉冲功率源系统,实验研究了天鹅绒阴极产生的相对论性猝发双脉冲强流电子束基本特性,给出了双脉冲电子束的积分发射度、亮度和双脉冲电子束时间分辨包络变化情况。研究结果表明：天鹅绒阴极产生的双脉冲的亮度达到108 A·(m·rad)^-2;实验得到的两个脉冲电子束包络半径不完全一致,这是由于天鹅绒阴极在发射电子束过程中产生的阴极等离子体对真空二极管的影响程度不同所导致的。     

强流电子束产生和传输的数值模拟

本文采用SLAC-226程序计算了1.5MV强流电子束在二极管内的加速过程以及出阳极后的传输过程。高亮度二极管的设计是高效率自由电子激光的关键技术之一。本工作的目的就是通过1.5MV注入器的数值模拟,为寻找优化的二极管结构设计提供一种有效的数值方法。程序考虑了外加电磁场和电子束自身空间电荷和自生磁场效应。我们讨论了外加磁场的各种构形以及它们对束流品质的影响,计算结果与国外EBQ程序计算结果和实验结果进行了比较,证明本工作的结果是可靠的。SLAC-226程序可以为直线感应加速器的设计提供参考数据。     

大回旋电子束双磁会切电子枪的设计

 分析了Ka波段二次谐波回旋行波管双磁会切电子枪的理论模型,计算了电子枪的设计参数;采用EGUN软件进行模拟,设计出了产生大回旋电子束的双磁会切电子枪。该枪电压为70 kV,电流为3.35 A,电子束横纵速度比为1.62,速度零散为4.2%。给出了电子束速度比、速度零散沿轴线的分布,进而讨论了阳极电压对电子束性能的影响,结果表明选择适当的阳极电压和阴极磁场对得到好的电子束参量作用明显。     

大回旋电子束双磁会切电子枪的设计

分析了Ka波段二次谐波回旋行波管双磁会切电子枪的理论模型,计算了电子枪的设计参数;采用EGUN软件进行模拟,设计出了产生大回旋电子束的双磁会切电子枪。该枪电压为70 kV,电流为3.35 A,电子束横纵速度比为1.62,速度零散为4.2%。给出了电子束速度比、速度零散沿轴线的分布,进而讨论了阳极电压对电子束性能的影响,结果表明选择适当的阳极电压和阴极磁场对得到好的电子束参量作用明显。     

强流非聚焦型相对论性电子束的产生及其特性的研究

本文论述产生强流非聚焦型相对论性电子束的物理机制及其特性,结合国际上和中国原子能科学研究院的工作来说明产生这种束流的几个关键的技术问题,如阴极等离子体的形成和运动,电子束流自磁场对束流箍缩及束流密度均匀性的影响、阳极等离子体的形成及其影响等。至今为止国际上尚未形成一种比较严格的理论模型来解析该二极管中的电子束行为,本文试图将国际上有关这方面的研究做个综述并对一些分析做些改进,如束流自磁场对箍缩及束流密度均匀性的影响。     

低阻抗二极管产生的强流电子束能谱分布的数值模拟

给出了低阻抗二极管产生的电子束能谱分布及外加磁场对二极管阻抗影响的数值模拟研究结果。结果表明,即使在外加电压恒定的条件下,二极管产生的电子束也具有一定的能谱分布,这说明用二极管电压、电流波形计算脉冲电子束能谱分布是不正确的。另外,外加磁场对低阻抗二极管的阻抗特性具有较大影响,其阻抗随外加磁场的增大而减小。分析认为这是由于外加磁场强度的变化改变了二极管中束电子的运动轨迹。当没有外加磁场或外加磁场较小时,低阻抗二极管产生的电子束发生自箍缩,此时二极管电流是自箍缩饱和顺位流;当外加磁场足够强时,电子束的自箍缩被抑制,二极管电流是没有箍缩时的空间电荷限制电流。束电流小于自箍缩临界电流的二极管其阻抗将不随外加磁场的变化而变化。     

低阻抗二极管产生的强流电子束能谱分布的数值模拟

 给出了低阻抗二极管产生的电子束能谱分布及外加磁场对二极管阻抗影响的数值模拟研究结果。结果表明，即使在外加电压恒定的条件下，二极管产生的电子束也具有一定的能谱分布，这说明用二极管电压、电流波形计算脉冲电子束能谱分布是不正确的。另外,外加磁场对低阻抗二极管的阻抗特性具有较大影响，其阻抗随外加磁场的增大而减小。分析认为这是由于外加磁场强度的变化改变了二极管中束电子的运动轨迹。当没有外加磁场或外加磁场较小时，低阻抗二极管产生的电子束发生自箍缩，此时二极管电流是自箍缩饱和顺位流；当外加磁场足够强时，电子束的自箍缩被抑制，二极管电流是没有箍缩时的空间电荷限制电流。束电流小于自箍缩临界电流的二极管其阻抗将不随外加磁场的变化而变化。     

大回旋半径电子枪渐变线圈磁场的设计及优化

对大回旋半径电子枪的渐变线圈磁场进行了设计,采用3个线圈实现所需要的渐变磁场分布,增加了线圈磁场系统的调节能力,理论和计算机仿真的磁场分布结果符合得很好。将实现的渐变磁场分布同给定的静电场分布相结合,通过求解带电粒子的运动方程得到了粒子轨迹,在此基础上建立大回旋半径电子枪的3维粒子仿真模型,在给定静电场分布条件下分析了3个线圈安匝数对电子束参数的影响,完成了工作电压为40 kV、工作电流为1 A的大回旋半径电子枪的参数优化,得到了横纵速度比为1.4～2.5,纵向速度离散小于8%(横纵速度比为1.9时)的大回旋半径电子束。     

大回旋半径电子枪渐变线圈磁场的设计及优化

对大回旋半径电子枪的渐变线圈磁场进行了设计,采用3个线圈实现所需要的渐变磁场分布,增加了线圈磁场系统的调节能力,理论和计算机仿真的磁场分布结果符合得很好。将实现的渐变磁场分布同给定的静电场分布相结合,通过求解带电粒子的运动方程得到了粒子轨迹,在此基础上建立大回旋半径电子枪的3维粒子仿真模型,在给定静电场分布条件下分析了3个线圈安匝数对电子束参数的影响,完成了工作电压为40 kV、工作电流为1 A的大回旋半径电子枪的参数优化,得到了横纵速度比为1.4～2.5,纵向速度离散小于8%(横纵速度比为1.9时)的大回旋半径电子束。     

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.     

一种新的电子束扫描电流产生方法

在工业辐照电子直线加速器中,电流发生器是电子束扫描设备中的重要部分,可控式电流反馈-电流镜产生扫描电流是一种新方法,其电流波形可被扫描均匀度指标修正,不仅可以得到良好的电子束扫描均匀度,而且还可以提高均匀扫描的速度。     

一种新的电子束扫描电流产生方法

 在工业辐照电子直线加速器中,电流发生器是电子束扫描设备中的重要部分,可控式电流反馈-电流镜产生扫描电流是一种新方法,其电流波形可被扫描均匀度指标修正,不仅可以得到良好的电子束扫描均匀度,而且还可以提高均匀扫描的速度。     

强流脉冲电子束表面改性的物理模型及数值模拟

 推导出了强流脉冲电子束处理过程的应力场方程，利用数值模拟，得到了温度场和应力场的分布曲线，分别给出了熔化深度、升降温的速率及温度梯度的大小，准静态应力和热应力波的幅值、应力波的传播及反射过程，利用数值模拟结果对实验中观察到的实验现象熔化深度、材料表层及次表层数微米范围内组织结构的变化及数百微米的硬度提高等给出了解释。     

强流脉冲电子束表面改性的物理模型及数值模拟

推导出了强流脉冲电子束处理过程的应力场方程,利用数值模拟,得到了温度场和应力场的分布曲线,分别给出了熔化深度、升降温的速率及温度梯度的大小,准静态应力和热应力波的幅值、应力波的传播及反射过程,利用数值模拟结果对实验中观察到的实验现象熔化深度、材料表层及次表层数微米范围内组织结构的变化及数百微米的硬度提高等给出了解释。     

强流脉冲电子束诱发温度场及表面熔坑的形成

在强流脉冲电子束表面改性实验的基础上，通过数值计算方法对铝和钢的温度场和熔化过程 进行模拟，给出了最先熔化的位置、形成熔孔的最大深度以及表面层下熔化的最大深度. 通 过铝和钢的熔化潜热温度补偿的数值模拟结果和实验结果的对比，揭示了亚表层率先升温及 熔化从而通过表层向外喷发的熔坑的形成机制. 关键词： 强流脉冲电子束 热传导 数值模拟 熔孔     

低能单色正电子束装置的原理、研制及应用

简要介绍了一种新的灵敏核探针－－低能单色正电子（慢正电子）束流装置的原理及应用。同时介绍了北京慢正电子束流装置的建设进展情况。