非均匀磁场约束条件下的电子束空气等离子体特性

为了揭示大气环境电子束等离子体的性质,基于蒙特卡罗程序包Geant4建立了一个包含电离、激发以及轫致辐射等物理过程的计算模型,用于模拟非均匀磁场约束条件下高能强流稳态电子束的输运特性、以及大气环境等离子体的性质。结果表明:非均匀磁场可以有效控制电子束在空气中的输运轨迹,显著降低电子束的发散;随着电子束在空气中行程的增加,电子束能谱开始展宽并向低能区移动;输运装置出口能量损失比电子束射程末端高2个量级,且随着电子束输运距离的增加,等离子体密度降低;等离子体密度的高低与电子束能量直接相关。     

非均匀磁场约束条件下的电子束空气等离子体特性

为了揭示大气环境电子束等离子体的性质,基于蒙特卡罗程序包Geant4建立了一个包含电离、激发以及轫致辐射等物理过程的计算模型,用于模拟非均匀磁场约束条件下高能强流稳态电子束的输运特性、以及大气环境等离子体的性质。结果表明：非均匀磁场可以有效控制电子束在空气中的输运轨迹,显著降低电子束的发散;随着电子束在空气中行程的增加,电子束能谱开始展宽并向低能区移动;输运装置出口能量损失比电子束射程末端高2个量级,且随着电子束输运距离的增加,等离子体密度降低;等离子体密度的高低与电子束能量直接相关。     

电子束在等离子体微波器件中的脉动

对填充等离子体漂移空间小脉动电子束进行了近似分析,对大脉动电子束进行了较精确的计算,结果表明虽然α区和β区束的脉动性能各不相同,但幅度和波长均受限于电子入射的初始条件和等离子体参数,当其它条件给定后存在一最佳等离子体填充密度。     

电子束在等离子体微波器件中的脉动

 对填充等离子体漂移空间小脉动电子束进行了近似分析,对大脉动电子束进行了较精确的计算,结果表明虽然α区和β区束的脉动性能各不相同,但幅度和波长均受限于电子入射的初始条件和等离子体参数,当其它条件给定后存在一最佳等离子体填充密度。     

临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状

临近空间高超声速飞行器具有速度快、突防能力强、杀伤力大等特点,是当今世界各军事强国新型武器的重点发展方向.其中,气动力和气动热是高超声速飞行器的两项重要指标,也是高超声速技术研究的重点内容.文章综述了国内外临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状,分析了研究的发展趋势,并分别从工程计算、数值仿真以及实验研究3个方面介绍了高超声速飞行器气动力及气动热的研究技术和方法.      

离子通道电子束回旋脉塞的等离子体波效应

研究了离子通道回旋电子束脉塞（ICECM）中的等离子体波非线性效应。利用流体理论与自洽非线性理论方法对ICECM中等离子体波效应的微观机理进行了分析。研究发现,等离子体波加强了电子束的纵向群聚,束-波互作用的能量交换效率及系统增益得到明显提高。数值模拟计算表明,对于中等等离子体密度、1.5kA电流和1MV加速电压的电子束,系统能够获得的脉冲功率和频率分别为200MW和280GHz的毫米波束。     

离子通道电子束回旋脉塞的等离子体波效应

 研究了离子通道回旋电子束脉塞（ICECM）中的等离子体波非线性效应。利用流体理论与自洽非线性理论方法对ICECM中等离子体波效应的微观机理进行了分析。研究发现，等离子体波加强了电子束的纵向群聚，束-波互作用的能量交换效率及系统增益得到明显提高。数值模拟计算表明，对于中等等离子体密度、1.5kA电流和1MV加速电压的电子束，系统能够获得的脉冲功率和频率分别为200MW和280GHz的毫米波束。     

非均匀条件下磁自聚焦电子束的传输

 对填充非均匀等离子体漂移空间的非均匀电子束的运动状态进行了近似分析, 对远轴大脉动电子束进行了较精确的计算, 讨论了电子束和等离子体的分布对电子束传输的影响, 并利用计算结果解释了PASOTRON的部分实验现象。     

非均匀条件下磁自聚焦电子束的传输

对填充非均匀等离子体漂移空间的非均匀电子束的运动状态进行了近似分析, 对远轴大脉动电子束进行了较精确的计算, 讨论了电子束和等离子体的分布对电子束传输的影响, 并利用计算结果解释了PASOTRON的部分实验现象。     

强流电子束二极管等离子体光学诊断

通过处理强流电子束加速器主开关导通之后所形成的高压电脉冲,得到了二极管等离子体光学诊断的同步时间基准。采用高压电脉冲延时结合二极管等离子体光信号延时的方案,实现了相机曝光过程与等离子体发光过程的ns级精度同步。综合采取屏蔽、滤波等措施,实现了整个系统的电磁兼容,最终稳定地拍摄到了ns时间分辨的二极管等离子体发光过程。     

Monte Carlo simulation of electron beam air plasma characteristics

A high-energy electron beam generator is used to generate a plasma in atmosphere. Based on a Monte Carlo toolkit named GEANT4, a model including complete physics processes is established to simulate the passage of the electron beam in air. Based on the model, the characteristics of the electron beam air plasma are calculated. The energy distribution of beam electrons (BEs) indicates that high-energy electrons almost reside in the centre region of the beam, but low-energy electrons always live in the fringe area. The energy deposition is calculated in two cases, i.e., with and without secondary electrons (SEs). Analysis indicates that the energy deposition of SEs accounts for a large part of the total energy deposition. The results of the energy spectrum show that the electrons in the inlet layer of the low-pressure chamber (LPC) are monoenergetic, but the energy spectrum of the electrons in the outlet layer is not pure. The SEs are largely generated at the outlet of the LPC. Moreover, both the energy distribution of BEs and the magnitude of the density of SEs are closely related to the pressure of LPC. Thus, a conclusion is drawn that a low magnitude of LPC pressure is helpful for reducing the energy loss in the LPC and also useful for greatly increasing the secondary electron density in dense air.     

低阻抗强流箍缩电子束二极管的3阶段电子束流模型

 在顺位流模型与“4阶段”粒子流动模型的基础上，提出了一种用于分析100ns／MA级电子束流的低阻抗强箍缩二极管物理过程的理论模式。在这种理论分析模式中，将电子和离子的流动情况随时间的演变过程分成非箍缩电子流、弱箍缩电子流、强箍缩电子流3个不同的阶段，分别结合聚焦流和顺位流模型对各个阶段特性进行估算。利用KARAT PIC数值模拟软件并结合“强光一号”加速器的工作状态，对该类型二极管中电子束的流动过程作了数值模拟，并在“强光一号”加速器上开展了实验研究。数值模拟和实验结果的对比表明，所提出的新的理论分析模式是合理可行的 。     

电子束产生大尺度等离子体过程的数值模拟研究

建立了一个四组分一维混合模型，对电子束注入大气产生大尺度等离子体的过程进行了数值模拟.结果表明了能量为140keV、流强为50mA/cm²的注入电子束，可以产生线度为0.5m，密度为10¹²cm^-3量级的大气环境下等离子体.电子束所伴随的空间电荷效应由于等离子体的产生会很快消失，不影响后续的等离子体产生过程.电子束注入流强主要影响产生等离子体的密度，而电子束能量则同时影响其空间线度和密度. 关键词： 电子束 碰撞 电离     

强流电子束源阴极等离子体的粒子模拟

模拟了强流电子束源阴极表面附近区域数密度约1014 cm-3的等离子体的膨胀过程,观察到等离子体膨胀速度约为1 cm/μs。通过观察不同时刻阴极附近电子和离子的相空间分布、数密度分布和轴向电场分布,分析了等离子体膨胀过程。结果表明:等离子体的产生使得阴极表面电场增强,进而增大阴极的电流发射密度,电流密度增加使得空间电荷效应增强,并使等离子体前沿处的电场减小,当等离子体前沿处的电场减小到零时等离子体向阳极膨胀。讨论了等离子体温度、离子质量、束流密度和离子产生率对等离子体膨胀速度的影响。结果表明:等离子体的膨胀速度随着等离子体温度升高而增大,随离子质量增大而减小,但膨胀速度不等于离子声速;等离子体产生率越小,等离子体膨胀速度越小。     

Polarization of coherent synchrotron radiation from an electron beam rotating in a plasma

After eliminating reflections from the walls of the plasma container, we observed polarization of the coherent synchrotron radiation from a relativistic electron beam rotating in a plasma. Several features of the polarization agree well with calculations based on the single particle synchrotron radiation theory. A particular polarization ratio (Fig. 3) does not, however. We deduce from this direct diffraction of the radiation by the beam electrons. This is strong evidence for beam-particle bunches of size cm. Also, there must be some absorption of the extraordinary wave to account for the observations. We suggest a way to apply these results to measure the pitch angle of the beam.Work supported by Army Research Office.     

Low-energy electron beam source

Experimental results of research into a ferroelectric-plasma-source-assisted hollow anode (HA) discharge as a source of low-energy electron beams are presented. To generate electron beams, the HA auto-bias negative voltage was achieved by the discharge current flowing through the resistor connecting the HA and the grounded electrode. It is shown that this method allows reliable and reproducible generation of low-energy electron beams with electron energy of several hundreds of eV, electron current density up to several A/cm² and pulse duration of several tens of microseconds.     

提高等离子体密度抑制逃逸电子束不稳定性的实验研究

利用ECE电子回旋辐射和Ha线辐射等托卡马克物理诊断系统,研究了Slide-away放电过程中提高等离子体密度对非麦克斯维尔分布的逃逸电子所激发的逃逸电子束不稳定性影响作用。实验结果表明：在Slide-away放电模式下,提高等离子体密度能有效抑制逃逸电子束的不稳定性。     

提高等离子体密度抑制逃逸电子束不稳定性的实验研究

利用ECE电子回旋辐射和Ha线辐射等托卡马克物理诊断系统,研究了Slide-away放电过程中提高等离子体密度对非麦克斯维尔分布的逃逸电子所激发的逃逸电子束不稳定性影响作用.实验结果表明:在Slide-away放电模式下,提高等离子体密度能有效抑制逃逸电子束的不稳定性.     

强流电子束二极管等离子体光学诊断

通过处理强流电子束加速器主开关导通之后所形成的高压电脉冲,得到了二极管等离子体光学诊断的同步时间基准。采用高压电脉冲延时结合二极管等离子体光信号延时的方案,实现了相机曝光过程与等离子体发光过程的ns级精度同步。综合采取屏蔽、滤波等措施,实现了整个系统的电磁兼容,最终稳定地拍摄到了ns时间分辨的二极管等离子体发光过程。