重复脉冲强流电子束引导磁场的设计及实验

对于强流脉冲电子束的传输，一般是利用引导磁场箍缩电子束使其无损的通过漂移管进入微波器件并进行束波互作用。与单次脉冲引导磁场相比，重复脉冲引导磁场的设计及强流电子束在其中的传输过程是非常复杂的，引导磁场既要满足与重复脉冲电子束的同步条件，又要满足束流传输的极限条件，同时也要满足微波器件对磁场位形和电子束几何尺寸的要求。     

漂移管中相对论电子束引导的匹配条件

本文介绍了对连续型相对论电子束的两种引导及箍缩方法:磁场引导和离子通道的静电引导。在线性引导力的假定下,求得了单磁场引导、单静电引导以及同时使用磁场和电场的混合引导的这三种情况下的匹配条件的解析结果。解析公式表明。在混合引导情况下,为了使电子束匹配,当电子束的中和因子线性增加时,相应的引导磁场不是线性地减小。而是抛物线形地减小。本文还使用了模拟束片内电子横向运动的LGERKB编码,通过对N_0个束内电子的模拟计算,求得了电子束包络。电子束的均方根发射度、典型电子轨道、失配和匹配情况下的束内电子相空间分布(相图)及其演变过程等大量资料。线性模拟结果与解析分析结果完全一致。     

矩形强流电子束自磁场对束流均匀性的影响

对大面积矩形强流电子束自磁场在无限长束模型和有限长束模型下作了计算,给出了磁场的强度分布,并计算了在自磁场作用下的束电子的运动轨迹。描述了电子束在传输方向距阴极6cm处的箍缩图样。计算中考虑了二极管电场力,忽略了膜及Hibechi对束流的散射效应。     

周期永磁磁场导引环形强流电子束研究

利用磁场有限元法,计算了周期性布置的永磁铁内的磁场;利用流体模型分析了作用在束电子上的力并导出了改进Matheiu函数形式的径向力方程;利用2.5维PIC程序研究了束传输的物理过程。计算发现强流相对论电子束的稳定传输与束等离子体密度、束平衡位置、磁场的强度、磁场周期长度等有关。研究认为利用周期性永磁场导引数kA的环形电子束,使之稳定传输是可能的。     

周期永磁磁场导引环形强流电子束研究

 利用磁场有限元法，计算了周期性布置的永磁铁内的磁场；利用流体模型分析了作用在束电子上的力并导出了改进Matheiu函数形式的径向力方程；利用2.5维PIC程序研究了束传输的物理过程。计算发现强流相对论电子束的稳定传输与束等离子体密度、束平衡位置、磁场的强度、磁场周期长度等有关。研究认为利用周期性永磁场导引数kA的环形电子束，使之稳定传输是可能的。     

低引导磁场下环形强流电子束产生实验研究

针对基于SOS脉冲功率源S-5N的输出特点,利用PIC数值模拟软件,为S-5N设计了能够工作在低引导磁场条件下的无箔二极管系统,并在S-5N脉冲功率源上进行了低引导磁场环形强流电子束产生的实验研究。在引导磁场为0.5 T条件下,无箔二极管电流输出波形近似为梯形波,脉冲上升沿约9 ns,平顶部分约26 ns,二极管电压420 kV,电流2.7 kA,束斑平均半径约16 mm,具有良好的均匀性。     

Tonks定律和电子束的发射度

文中介绍了电子束输运过程中的能量守恒定律,即Tonks定律,然后导出了考虑辐射场的反作用对电子束发射度影响的公式,再利用Tonks定律,得到了普遍的电子束输运时的发射度变化公式。     

脉冲强流电子束的发射度测量

本文描述了利用多孔板测量脉冲强流电子束发射度的原理和方法。考虑了空间电荷和轴向磁场对测量的影响。实验参量是阴极形状、阳极网孔、二极管距离和电压、电流幅值。在直线感应加速器上、用天鹅绒平面阴极和腐蚀的钨网阳极,当束能为1.32MeV、束流为2kA时,测得均方根发射度ε_(rm)=79cm.mrad,相应规一化亮度B_n=4.8×10~3A/(cm.rad)~2。     

激光驱动强流电子束产生和控制

在惯性约束聚变(ICF)电子束快点火物理方案中,需要超强拍瓦激光脉冲驱动MeV能量的强流电子束,并沉积数十kJ能量到压缩氘氚芯区。强流电子束的束流品质是影响点火成功的关键因素之一,为深入了解强流电子束产生物理过程,研制成了三维高性能、适应上万CPU核规模的并行粒子模拟程序,并开展了大规模数值模拟研究,探索了强流电子束的产生机制和输运规律。回顾了近几年来快点火研究团队围绕强流电子束产生和控制开展的研究,介绍了导致束流品质差的两大物理原因:预等离子体效应和束流不稳定性磁场的随机散射。针对这两个物理原因,提出了四种提高强流电子束品质的方法:(1)双层金锥靶减弱预等离子体的负面效应;(2)输运丝产生环向磁场准直强流电子束;(3)外加磁场导引强流电子束提高耦合效率;(4)抑制束流不稳定性以降低随机磁场对电子束流的散射。     

激光驱动强流电子束产生和控制

在惯性约束聚变（ICF）电子束快点火物理方案中,需要超强拍瓦激光脉冲驱动MeV能量的强流电子束,并沉积数十kJ能量到压缩氘氚芯区。强流电子束的束流品质是影响点火成功的关键因素之一,为深入了解强流电子束产生物理过程,研制成了三维高性能、适应上万CPU核规模的并行粒子模拟程序,并开展了大规模数值模拟研究,探索了强流电子束的产生机制和输运规律。回顾了近几年来快点火研究团队围绕强流电子束产生和控制开展的研究,介绍了导致束流品质差的两大物理原因：预等离子体效应和束流不稳定性磁场的随机散射。针对这两个物理原因,提出了四种提高强流电子束品质的方法：（1）双层金锥靶减弱预等离子体的负面效应;（2）输运丝产生环向磁场准直强流电子束;（3）外加磁场导引强流电子束提高耦合效率;（4）抑制束流不稳定性以降低随机磁场对电子束流的散射。     

束流均方根发射度和边缘发射度

本文从n维相空间超椭球界面方程的一般形式出发,导出了联系均方根发射度和边缘发射度等参量之间的关系式,并据此就多种情况作了实例计算。     

载流回路受磁场作用的一般运动趋势

本文根据学生学习的实际需求，从磁场做功和能量转换的角度论证了载流回路受磁场作用的一般运动趋势．     

LIA加速间隙内横向场分析及对发射度的影响

推导了直线感应加速器加速间隙内的横向电磁场解的形式,并作了分析,应用矩阵方法推导了和发射度的关系,得到了和文献[1]中相同的结果。     

非均匀磁场中磁流体热磁对流的实验研究

建立了测量非均匀磁场条件下圆柱腔体内磁流体热磁对流特性的实验系统,实验结果显示,磁流体热磁对流特性受磁场强度、温差以及磁场梯度方向与温度梯度方向之间关系的控制,当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时,外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程,且随着磁场强度和温差的增大,热磁对流强度加强。当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时,磁流体的热磁对流强度最剧烈。     

通以交变电流的长直螺线管内部磁场和电场的分布

通过求解麦克斯韦方程组，得出通以交变电流的长直螺线管内部的磁场和电场的分布，并讨论解的物理意义。     

梯度磁场下磁流体三维结构的格子-Boltzmann方法模拟

考虑磁性颗粒受到的各种内力与外力包括重力、布朗力、van der、Waaks力、磁偶极-偶极作用力以及外磁场作用力,建立了描述磁流体结构的两相格子-Boltzmann三维模型,对外加梯度磁场条件下磁流体的介观结构进行了模拟.模拟结果表明:外加梯度磁场时磁流体粒子沿梯度方向聚集并出现分层现象,且随时间推移和外加磁场增大,分层现象越来越明显.     

均匀磁场中的载流线圈

本文对载流线圈在均匀磁场中受力和力矩问题进行了普遍论证。     

GUIDING OF PLASMA BY ELECTRIC FIELD AND MAGNETIC FIELD

The relationship between the transported ion current and the cathodic arc current is determined in a vacuum arc plasma source equipped with a curved magnetic filter. Our results suggest that the outer and inner walls of the duct interact with the plasma independently. The duct magnetic field is a critical factor of the plasma output. The duct transport efficiency is to maximize at a value of bias plate voltage in the range +10 V to +20 V, and independent (within our limit of measurement) of the magnetic field strength in the duct. The plasma flux is composed of two components: a diffusion flux in the transverse direction due to particle collisions, and a drift flux due to the ion inertia. The inner wall of the magnetic duct sees only the diffusion flux while the outer wall receives both fluxes. Thus, applying a positive potential to the outer duct wall can reflect the ions and increase the output current. Our experimental data also show that biasing both sides of the duct is more effective than biasing the outer wall alone.     

匀强磁场对刚性载流线圈磁力矩公式的一般推导

利用矢量代数和矢量场论的有关结果严谨地推证了匀强磁场中载流线圈所受合磁力矩表达式。