对皮尔斯电子枪综合法的改进

在低压缩比、低导流系数情况下,对Vaughan迭代综合法因阴极半锥角初始值取得不合理而失效的原因进行了分析,并对其中的迭代公式进行了合理修正。采用Vaughan迭代综合法和修正后的迭代综合法验算了13支不同性能的电子枪,结果表明：采用修正迭代法,阴极半锥角初始值即使在0°~70°取值,都能得出正确的计算结果。在原来Vaughan法适应的情况下,修正法与原方法的阴极半锥角结果之间差值小于1°;在原来Vaughan法失效的情况下(如低导流系数、低压缩比小于7),改进后的方法也能得到接近实测值的合理结果。     

轴对称收敛型电子枪设计方法再讨论

 对轴对称收敛型电子枪设计方法进行了整理分析,就阴极半锥角的初始值对迭代综合法的收敛性能所产生的影响进行了讨论,针对低压缩比条件下原来的Vaughan公式失效的问题进行了分析,给出了更为合理的初始值计算公式。采用修正后的公式和迭代综合法对电子枪进行设计,在高压缩比情况下的设计结果与采用原来Vaughan方法的结果完全一致;而对于低压缩比的情况,也得到了合理的设计,从而解决了原来的Vaughan方法在低压缩比情况下失效的问题,扩大了迭代综合法的应用范围。     

轴对称收敛型电子枪设计方法再讨论

对轴对称收敛型电子枪设计方法进行了整理分析,就阴极半锥角的初始值对迭代综合法的收敛性能所产生的影响进行了讨论,针对低压缩比条件下原来的Vaughan公式失效的问题进行了分析,给出了更为合理的初始值计算公式。采用修正后的公式和迭代综合法对电子枪进行设计,在高压缩比情况下的设计结果与采用原来Vaughan方法的结果完全一致;而对于低压缩比的情况,也得到了合理的设计,从而解决了原来的Vaughan方法在低压缩比情况下失效的问题,扩大了迭代综合法的应用范围。     

皮尔斯电子枪非迭代综合法的修正

 对Tiwary非迭代综合法进行了整理分析,根据阴极半锥角大小的不同范围对其计算公式做出了相应修正,使得计算结果与Vaughan迭代综合法的计算结果相吻合,二者之间相差可以实现小于1°;对阳极半径公式也做了合理的修正,使阳极与阴极之间的间隙及电子枪射程的计算精度也与迭代综合法相当。采用非迭代法的修正方法计算精度受阴极半锥角大小的影响大大减小,扩大了其应用范围。     

皮尔斯电子枪非迭代综合法的修正

对Tiwary非迭代综合法进行了整理分析,根据阴极半锥角大小的不同范围对其计算公式做出了相应修正,使得计算结果与Vaughan迭代综合法的计算结果相吻合,二者之间相差可以实现小于1°;对阳极半径公式也做了合理的修正,使阳极与阴极之间的间隙及电子枪射程的计算精度也与迭代综合法相当。采用非迭代法的修正方法计算精度受阴极半锥角大小的影响大大减小,扩大了其应用范围。     

W波段扩展互作用速调管电子光学系统

W波段扩展互作用速调管电子光学系统由皮尔斯电子枪与均匀永磁聚焦系统组成,用于电子注的产生与传输。利用Vaughan迭代综合法及数值模拟优化设计了皮尔斯电子枪,并按照电子注传输特性要求研制了均匀永磁聚焦结构。根据电子光学系统的三维模拟,导流系数0.21 P,注电流大于0.5 A,注平均半径小于0.3 mm,射程大于11 mm。永磁聚焦磁场约0.33 T,传输距离大于50 mm,电子注通过率达到100%。电子枪与聚焦系统已加工完毕并通过测试,技术指标满足要求。     

缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种途径

 缩短两级爆磁压缩发生器输出脉冲宽度的一种有效办法是增大第二级螺旋线圈的锥角,但增大锥角会降低发生器电感压缩比,合理的锥角设计是此类发生器的关键。介绍了三种能带大电感负载、结构紧凑的两级爆磁压缩发生器,第一级结构参数相同,第二级螺旋线圈锥角分别为6°,8°,10°。在电感负载上进行的实验结果表明：其输出电流分别达到140,90和50 kA,电流脉冲宽度分别为12.5,8.5和6.3 μs,对应的名义输出功率分别为7,7和3 GW。     

行波管电子枪阴极组件的热计算

 使用ANSYS软件对行波管电子枪阴极组件进行了热分析和结构分析，计算了阴极组件的简化模型的温度和热形变。同时将热分析结果引入行波管设计软件TWTCAD中计算热形变前后电子束的射程、注腰半径、导流系数和面积压缩比的变化，使TWTCAD的计算结果与实验值更为接近。热形变导致电子束各项指标的变化对实际行波管的设计有参考价值。     

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。     

虹吸动态化学腐蚀法制备近场光学显微镜光纤探针的研究

基于虹吸原理 ,设计了一种动态化学腐蚀法的简易装置 ,用于制备近场光学显微镜光纤探针。在一般化学腐蚀法的基础上 ,通过改变虹吸管中水的流向和流速来有效地控制探针锥角和锥长 ,制备出多种形貌的光纤探针。与传统的静态化学腐蚀法相比 ,该法具有重复性高、探针形貌可控、操作方便、实验费用低廉、制备的探针表面光滑等优点。利用该装置 ,成功地制备出针尖尺寸 5 0～ 30 0nm ,针尖锥角在 16°～ 6 5°之间可调的光纤探针。同时 ,选择适当的液位差 ,通过一步腐蚀法制备出针尖尺寸小于 5 0nm ,针尖锥角 12 5°的双锥角光纤探针。并对可能的腐蚀机理进行了探讨。     

Electron Gun for Powerful Short Pulse Gyrotron with Operating Magnetic Field 8 T

High power short pulse gyrotron with operating frequency 395 GHz operating on the second cyclotron harmonic is now under developing at FIR FU. The gyrotron is planned to use in future experiments for plasma diagnostics. For this purpose the output power about 100 kW and pulse duration 100 ns at least are needed. Preliminary estimations of parameters of some versions of the electron guns with accelerating potential U₀= 70-100 kV were performed. Possibilities of non-adiabatic as well as adiabatic guns were considered. It was shown that non-adiabatic system is not reliable for such rather low value of U₀, the adiabatic magnetron injection gun (MIG) is more preferable for the gyrotron design. Analytical estimations of the suitable MIG dimensions and operating regime to form good quality electron beam were fulfilled. Numerical optimization of the gun shape and position was performed. It was shown that in spite of the extremely big ratio of the operating current (I₀= 18 A) to the Langmuir current of the gun, close to 0.4-0.5, the suggested MIG can form the helical electron beam (HEB) which is suitable for gyrotron operation properties.     

(1/2+1/2+1)腔型热阴极微波电子枪

介绍了一种新型的轴耦合热阴极微波电子枪的设计,该枪采用了缩短首腔以及在首腔与主加速腔间插入耦合半腔的设计思想,在不破坏粒子束性能的基础上尽量减小反轰功率,给出了用Superfish 及Pamela软件进行物理设计以及粒子动力学计算的结果,在脉冲宽度为6μs, 重复频率为25Hz时,阴极上平均反轰功率为3.6W,达到设计要求。     

热阴极微波电子枪模拟计算

用模拟计算方法,研究了热阴极微波电子枪的束流动力学行为,采用笛卡尔坐标,编制了准三维模拟计算程序──HOTGUN.计算中除考虑了射频场外,还充分考虑了空间电荷效应(空间电荷场为轴对称场)、肖特基效应及稳态负载效应等.文中给出了HOTGUN程序与PARMELA部分模拟结果及中科院高能所自由电子激光室微波电子枪热测实验台部分实验结果的比较,最后以用于北京自由电子激光器的多腔热阴极微波电子枪为例,给出了详细的HOTGUN程序模拟计算结果.     

关于热阴极微波电子枪中电子反轰问题的研究

 提出了热阴极微波电子枪的设计中可以通过缩短腔长减小电子反轰功率，并通过模拟计算详细研究了腔长对电子反轰及枪出口束流品质的影响。     

Design and optimization of a cavitating device for Congo red decolorization: Experimental investigation and CFD simulation

The aim of this work is to perform design and optimization of a cavitating device based on CFD simulation. A set of operational and geometrical parameters such as convergence angle, divergence angle, length of throat, and inlet pressure that can affect the hydrodynamic cavitation phenomenon generating in a Venturi are evaluated through CFD simulation and experimental approaches. Response surface methodology (RSM) was employed to achieve the optimum geometrical configuration. The CFD results show that the maximum cavitation zone in the Venturi can be obtained when half angle of the convergence section, throat length and half angle of the divergence section are 22.7°, 4 mm, and 6.5°, respectively. A maximum decolorization of 38.8% has been obtained using the designed Venturi at cavitation number (Cv) of 0.12. Additionally, the results were compared to that of various orifice plates. A decolorization of 26.2% using 33 holes orifice plate and 11.55% in one hole orifice plate approved the superiority of the designed Venturi.