深空核爆炸辐射电磁脉冲的初步解析

 采用壳模型分析深空核爆在远场产生辐射电磁脉冲的规律,对深空核爆电磁脉冲的形成机理进行研究。在已知电子运动规律的前提下,推导了发射电子的电偶极矩表达式,并得到了辐射电磁脉冲的特性。计算结果表明:远处辐射场的峰值电场与爆炸当量无关,但达到峰值的时间随爆炸当量增加而提前;电子初始动能的增大也能线性地提高峰值强度;峰值强度与上升时间常数及弹体半径的平方成正比。     

求解三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷限制流

 从Poisson方程及空间电荷限制流假设出发，推导了三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷流密度的一般方程，给出了求解方法及解的基本特征、平板形阳极空间电荷限制流的具体表达式，研究了同轴圆筒形及共顶点同轴圆锥形导体空间电荷限制流关系表达式的极性效应、空间电荷密度及电场分布。     

同轴慢波结构相对论高功率微波产生器理论分析

 推导了同轴波导的空间电荷限制流，其值大于圆波导的空间电荷限制流。因此在阴极电势和束流相等的情况下，同轴波导中的束流具有更高的动能，同轴器件有可能获得更高的微波转换效率。理论推导出同轴慢波结构中考虑束流空间电荷影响的色散方程，利用Matlab进行了编程求解。不考虑束流空间电荷影响时，编程计算结果与Superfish模拟结果一致。由考虑束流空间电荷影响的色散方程数值计算结果，可知文献中提出的同轴慢波结构相对论高功率微波产生器工作在准TEM模的π模，频率为7.67 GHz，峰值时间增长率较高，电子束损失的能量与其初始能量之比为34%。这些结果均与文献中的数值模拟结果一致。同时理论分析说明该种器件无论在能量转换效率，还是在产生微波脉冲的上升时间上均具有优势。     

箔聚焦强流相对论环形束在同轴波导中的传输

 结合箔聚焦和静电线聚焦的特点,对箔聚焦强流相对论环形电子束在同轴波导中的传输进行了研究。通过数值求解电势满足的泊松方程,得到电势、电场分布及系统的空间电荷限制流,并根据电子的运动方程得到包络电子的平衡条件及其运动轨迹。     

高空核爆炸形成人工辐射带的数值模拟

基于Stmer关于带电粒子在地球磁场中运动的理论模型,分析得出高能电子在地球周围的运动区域.结合高空核爆形成放射性烟云的经验模型,推断高空核爆在地球周围形成人工辐射带的基本区域.进而利用高空核爆裂变特性和辐射带中高能粒子的分布特性,计算得到高空核爆形成人工辐射带的电子密度通量,并对高空核爆激发的人工辐射带特征与核爆炸的爆点纬度、高度及当量之间的关系作了初步的定量分析.数值模拟结果表明,在一定的条件下,0.1—1Mt TNT当量的高空核爆,预计在地球周围可形成电子通量密度比自然辐射带高3—4个量级的人工辐射带.形成的人工辐射带中心位置主要受核爆爆点地磁纬度的影响,核爆的爆高和核爆的当量则对人工辐射带的厚度及其中高能电子的通量密度有一定的影响. 关键词： 高空核爆 人工辐射带 高能电子通量 爆炸当量     

虚阴极时间相关行为的单荷电层分析

用格林函数法计算圆柱腔中单荷电层的空间电荷场,分析在圆柱腔漂移管中的虚阴极时间相关行为。求出在非相对论情形下极限电荷q_L的表达式,对不同电荷值、荷电层的位置与速度随时间变化关系进行数值计算分析。给出了虚阴极直观的物理图象。     

气体电离的全三维电磁粒子模拟/蒙特卡罗数值研究

深入研究电子束对中性气体电离的物理机理,在粒子模拟(PIC)软件CHIPIC的基础上,设计了蒙特卡罗(MCC)电离碰撞模块,并对电子与离子同时进行了跟踪,成功研制了全三维电磁PIC/MCC代码.通过该软件对填充氦气相对论返波管的模拟,对全三维电磁PIC/MCC代码进行验证.模拟结果显示:填充气体可以中和空间电荷限制效应,有效提高电流大小;填充适量的气体可提高功率峰值,扩展脉冲宽度;过量的气体则会缩短脉冲宽度、降低峰值功率.     

有限引导磁场下相对论环形电子注色散特性的研究

采用等效媒质处理方法来研究有限引导磁场下沿纵向运动的相对论环形电子注.首先建立运动坐标系以电子注纵向速度匀速运动,在运动坐标系中电子注可以被考虑成静止的磁化等离子体,再通过四维空间的洛伦兹变换得到电子注在静止的实验室坐标系下可以被等效为双各向异性媒质,其不仅具有张量形式的电导率和磁导率,还具有手征特性.在此基础上同时考虑了由于电子注表面波动所引起的表面电流密度.采用该方法研究了有限引导磁场下圆柱波导中沿纵向运动的相对论环形电子注,推导出该模型的色散方程,并进行了数值计算.计算结果表明该研究方法能够得到更准 关键词： 相对论环形电子注 磁化等离子体 色散特性     

自由电子激光的空间电荷波理论

发展了相对论空间电荷波理论,并首先把空间电荷波理论用于建立自由电子激光的线性理论,揭示出自由电子激光中电子群聚及电子与波互作用机理的物理本质。并首次提出了“相对论去群聚”的物理概念,丰富了自由电子激光理论。同时提出了一些发展自由电子激光的新概念及新建议。     

电子初始能量对双向流二极管空间电荷限制流密度的影响

 从理论上研究了阴极发射电子初始能量对一维平面非相对论性双向流二极管内空间电荷限制电子、离子流密度的影响,并与阴极发射电子初始能量为0情况下的空间电荷限制电子、离子流密度进行了比较。     

声脉冲法空间电荷测量系统的研究

气体中空间电荷的分布与电晕放电的机理紧密相关, 获取电晕放电过程中空间电荷分布对深入研究电晕放电起始、自持过程有着重要作用, 但是如何准确获得电晕放电过程中的空间电荷分布一直是国际上尚未解决的难题. 本文基于声脉冲法提出一种电场信号解耦算法, 推导了空间电荷在声场中被调制产生的电场信号与声脉冲信号和空间电荷密度之间的数值关系, 讨论了不同测量情况下声发射系统的设计要求; 搭建了一套可用于实时测量针板电极电晕放电空间电荷分布的非接触式测量系统, 该系统主要包括声脉冲发生模块、空间电荷模块及电场信号解耦算法模块. 运用该系统实现了声脉冲激发作用下电场信号的测量, 通过提出的电场信号解耦算法得到了空间电荷密度, 对其测量结果与电晕电流法测量结果进行比较, 验证了电场信号解耦算法的有效性. 该算法可以应用于空间电荷一维、二维和三维测量系统中.     

同轴结构中压力波法测量空间电荷分布的物理模型研究

从压力波法测量平板样本中空间电荷分布的理论分析出发,提出了对于同轴结构的固体电介质中空间电荷分布的压力波法测量的物理模型,并得出了测量电流的解析的数学表达式.依据泊松方程,考虑样品内的电场强度、介电常数和空间电荷密度随外界声波扰动而发生变化,将圆柱试样受到的压力波的影响分解成样品形变和质点位移两部分,进而得到了以同轴结构中空间电荷分布的压力波法测量的电压与电流表达式.测量电流的数学表达式表明,对于同轴结构,压力波法的测量电流信号不像平板结构中那样基本正比于空间电荷分布,而是应该做进一步的修正处理.     

在速调管中空间电荷波对辐射波引起的电子束群聚的修正

 在相对论情况下,导出了速调管(klystron)和契伦柯夫(Cherenkov)器件中考虑空间电荷波影响的被调制电子束的谐波电流公式;并且分析了空间电荷波对电子束群聚的影响：在小信号时使群聚减小;在大信号时使群聚增强。     

磁绝缘线振荡器中空间电荷的调制

 首次研究了磁绝缘线振荡器中射频场（包括辐射波场和空间电荷波场）对空间电荷的调制,得到了在饱和时谐波电流一阶分量的公式。这个公式表明：考虑空间电荷波时,在小信号和辐射波与空间电荷波同相的条件下,它将增强谐波电流。在大信号时,情况不确定;谐波电流一阶分量将随二极管上电压的增加而增加,随运行频率和饱和长度的增加而减少。     

行波管三维非线性计算机模拟的改进

采用宏粒子模型计算空间电荷力,导出行波管三维大讯号工作方程组,开发出ＶｉｓｕａｌＣ＋＋数值分析软件。随后进行计算机模拟,提出将三维空间电荷力处理为二维,大大节省了计算时间,数值结果与三维计算吻合很好。     

行波管三维非线性计算机模拟的改进

 采用宏粒子模型计算空间电荷力,导出行波管三维大讯号工作方程组,开发出Visual C++数值分析软件。随后进行计算机模拟,提出将三维空间电荷力处理为二维,大大节省了计算时间,数值结果与三维计算吻合很好。     

Space charge behavior and its modified electric field in the cross-linked polyethylene under applied voltage DC and different temperatures

In this paper, space charge behavior in dielectric material and the capacitive charge at an electrode-dielectric interface, at room temperature under an applied electric field, has been investigated. This was done for a single sample and for a combination of the sample and a non-stressed sample using the pulsed electro-acoustic (PEA) method. A negative charge injected at the dielectric interface under an electric field (polarization) and high temperatures was focused on. It was found that negative charge injection takes place under all the test conditions, and this charge can be affected by the electric field and the temperature.     

Nonequilibrium mechanisms of weak electrolyte electrification under the action of constant voltage

The formation of space charge in weak electrolytes, specifically in liquid dielectrics, has been considered. An analytical solution is given to a simplified set of Nernst–Planck equations that describe the formation of nonequilibrium recombination layers in weak electrolytes. This approximate analytical solution is compared with computer simulation data for a complete set of Poisson–Nernst–Planck equations. It has been shown that the current passage in weak electrolytes can be described by a single dimensionless parameter that equals the length of a near-electrode recombination layer divided by the width of the interelectrode gap. The formation mechanism and the structure of charged nonequilibrium near-electrode layers in the nonstationary regime have been analyzed for different injection-to-conduction current ratios. It has been found that almost all charge structures encountered in weak dielectrics can be accounted for by the nonequilibrium dissociation–recombination mechanism of space charge formation.     

STUDIES OF THE FOCUSING PROPERTIES OF A SPACE CHARGE LENS

A space charge lens has been designed and tested which can be used to focus intense ion beams at several tens of keV. The experimental results obtained can be interpreted with a simplified physical model. The existence of a space charge field and its strong focusing properties are tested experimentally. And it is shown that the relaxation time for the formation of space charge field is much less than 10 μs under our experimental conditions, thus the lens can be used to focus pulsed beams with length of several hundereds of μs of longer.     

Determination of surface properties by means of large signal photovoltage pulses and the influence of trapping

Large signal photovoltage pulses, measured on real surfaces of high-resistivity p-type silicon as a function of excitation intensity and induced charge, show characteristic features, especially smooth minima in the negative pulses. It is shown how the results can be used for a determination of surface potentials (band bendings) and surface- or interface-state distributions. Comparisons between theoretically and experimentally determined photovoltages show that the exchange of charge carriers between surface states and space charge layer during electron-hole nonequilibrium was not negligible and has to be taken into account for an accurate determination of surface potentials. The influence of such trapping processes is analysed graphically and analytically for continuously distributed surface states and the modifications due to trapping are determined. It is shown that the bands become asymptotically flat for the limit of large excitation even when strong trapping in a system of continuously distributed surface states with arbitrarily large concentrations prevails.