相对论速调管放大器中自洽的非线性理论与粒子模拟的比较北大核心CSCD

分别给出了归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程,并提出了完整的数值计算方法。对于束压束流分别为511kV,5kA和800kV,8kA两组典型参数,采用非线性理论和二维粒子模拟程序分别计算了电流调制系数和距离的关系。在线性增长区以及当调制电流达到最大值并开始缓慢下降后,理论与模拟都符合得很好。此外还计算了电子束动能和调制电流的n次谐波的模式强度随归一化距离的变化情况:一次和二次谐波强度较大,八次以上谐波幅度较小而可以忽略。     

多注RKA束流调制的理论与模拟比较分析

采用非线性理论探索了同轴多注相对论速调管放大器(CMRKA)的束波互作用特性，并与PIC结果进行了验证分析。首先推导了实心电子束的几何因子，然后分别给出了归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程，并给出了多注速调管放大器的同轴输入腔间隙耦合系数的公式。对于束压为600 kV、束流为5 kA的16注电子束，当输入腔间隙电压分别为4.6，32.7，189 kV时，采用一维非线性理论和三维粒子模拟程序分别计算了基波电流调制系数和距离的关系，理论和模拟结果比较一致。当间隙电压为4.6 kV时，理论计算了多注电子数的个数分别为8, 12, 16以及实心电子束的半径与单注电子束通道半径比6/15, 8/15, 10/15(通道半径不变)时基波电流调制系数随传输距离的变化。结果表明，随着多注电子数的个数和电子束半径的增加，基波电流调制系数有逐渐变大的趋势。此外还计算了当间隙电压为20 kV时，归一化电流和归一化电子束动能随时间的变化和归一化常数N(z)与调制电流的n次谐波的电流调制系数随传输距离的变化。     

相对论速调管放大器两腔束流调制的理论与模拟比较分析

采用一维自洽束波互作用的非线性理论,探索了相对论速调管放大器(RKA)的束流调制特性,并与二维PIC结果进行了比较和分析。首先推导了环形电子束的几何因子,然后分别给出了两腔调制时归一化调制电流和电子束动能的积分微分方程。采用调制电子束激励中间腔的非线性理论估算了中间腔间隙电压的幅度和相位,幅度的相对误差为0.07%,相位误差为2.15°。给出了输入腔和中间腔的间隙耦合系数公式,对于束压为715.2 kV、束流为8 kA的电子束,当输入腔和中间腔间隙电压分别为14,315.2 kV,输入腔和中间腔相位差为90.59°时,采用一维非线性理论和二维粒子模拟程序分别计算了基波电流调制系数和距离的关系。对于基波电流调制系数,中间腔之前处于线性区,理论值与模拟值比较一致;在中间腔内部基波电流调制系数出现明显的下降,理论值与模拟值之间的差距较大;中间腔之后处于非线性区,对于基波电流调制系数的最大值和对应的纵向位置,理论值与模拟值基本一致。当束流传输距离为65.8 cm时,计算了归一化电流和归一化电子束动能随时间的变化和电荷守恒参量N(z)与调制电流的n次谐波的电流调制系数随传输距离的变化情况。     

自由电子激光中预群聚电子束的传播性质

 研究了在自由电子激光(FEL)中预群聚电子束的传播性质,并得到如下结论:在预电子束的传播过程中,基波调制电流的振幅随传播距离增加,其相位保持不变;谐波调制电流的振幅及相位均保持不变。     

三腔整管RKA相位的理论与模拟的比较分析

首先采用运动学理论和空间电荷波理论推出了计算中间腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用调制电子束激励中间腔的非线性理论估算中间腔和输出腔间隙电压的幅度和相位,并提出了估算输出腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用这些理论和二维粒子模拟比较了中间腔和输出腔间隙入口处调制电流相位、中间腔和输出腔间隙电压相位。中间腔和输出间隙入口处调制电流相位误差为2.627°(模型1)和3.857°(模型2)。中间腔间隙电压幅度的相对误差是1.47%,输出腔幅度的相对误差是5.42%,中间腔相位的误差是4.017°(模型2)和5.427°(模型3),输出腔的相位的误差是12.32°。最后根据二维粒子模拟得出了三种模型调制电流的相位与距离的关系。相关理论计算结果与2D的PIC模拟结果进行了比对,验证了理论估算结果的可信度。     

长脉冲相对论速调管中束流脉冲缩短的研究

介绍L波段长脉冲相对论速调管放大器研究中，长脉冲强流相对论电子束(IREB)经过输入腔和中间腔间隙后的脉冲缩短问题.分析了造成束流脉冲缩短的主要机理之一是高频系统的角向非均匀模式与电子束相互作用而使得束流扩散形成的，并经过实验参数的调节，减轻了长脉冲IREB的脉冲缩短问题，得到了较强的基波调制电流.从长脉冲加速器引出500 kV，3.5 kA，1.3 μs的电子束，经过输入腔和两个群聚腔的调制后，得到了2.0 kA的基波调制电流，束流脉冲宽度由0.3 μs增加到1 μs，束流脉冲缩短问题得到明显减轻. 关键词： 相对论速调管放大器 脉冲缩短 高功率微波 长脉冲强流相对论电子束     

电子束发射度变化的解析估计

本文使用一般包络方程理论推导出轴对称电子束在傍轴近似下的稳态传输过程中的发射度变化公式。结果表明电子束发射度变化与引导磁场及离子通道电场无直接关系,而仅仅与电子束分布的变化有关;发射度变化的本质是电子束的静电势能和横向运动的动能之间的转换。本文的解析结果与数值模拟结果符合得相当好。本文还定性讨论了电子束平均正则角动量对发射度变化的影响。     

低能电子束照射接地绝缘薄膜的负带电过程

为揭示低能电子束照射接地绝缘薄膜的负带电过程及其机理,建立了同时考虑电子散射与电子输运的计算模型,综合Monte Carlo方法和有限差分法进行了数值模拟,获得了内部空间电荷、泄漏电流和表面电位随电子束照射的演化规律.结果表明,入射电子因迁移、扩散效应会超越通常的散射区域产生负空间电荷分布,并经过一定的渡越时间后到达接地基板,形成泄漏电流,负带电暂态过程则随着泄漏电流的增加而趋于平衡.在平衡状态下,泄漏电流随电子束能量和电流而增大;薄膜净负电荷量和表面电位随膜厚而增加、随电子迁移率的增大而降低,随着电子束 关键词： 绝缘薄膜 电子束照射 带电效应 数值模拟     

强流电子束阻抗对相对论速调管放大器注入及群聚特性的影响分析

通过数值计算及粒子模拟程序, 分析了强流电子束阻抗、电压及电流特性对相对论速调管放大器(relativistic klystron amplifier, RKA)中束流调制、群聚特性的影响, 其中粒子模拟程序中采用 束发射方式以精确控制电子束的阻抗.结果表明, 低阻抗电子束有利于减小群聚距离, 缩短RKA器件的整体长度, 不利于注入微波对电子束的调制, 而高阻抗电子束情况正好相反.在电子束阻抗不变时, 增加电子束加速电压类似于增大电子束阻抗的情况.另外, 用粒子模拟方法确定了不同阻抗电子束对特定输入腔的电子负载电导, 从而可以得到不同阻抗的强流电子束对种子源 功率水平的需求以及对输入腔外观品质因数的要求. 关键词： 相对论速调管放大器 电子束阻抗 群聚距离 输入调制     

相对论电子束在离子通道中的聚焦与输运

 基于单粒子理论,描述了相对论电子束在离子通道中的聚焦输运过程,讨论了离子-电子密度比、相对论因子、束加速电压和入射电流等系统参数对电子束的聚焦半径、纵向聚焦位置的影响。研究表明,离子通道对电子束具有强烈的聚焦效应,束流在离子通道内的传输是类周期波动传输,随传输距离增加,聚焦点处的半径逐渐增加,束流的波动幅度逐渐减小。选择适当的系统参数,可调节束聚焦点位置和聚焦点半径的大小,实现电子束的长距传输并且减少电子束的耗散。     

Theoretical investigation of an electron beam propagating through a wide gap cavity

This paper presents a self-consistent nonlinear theory of the current and energy modulations when an electron beam propagates through an inductively-loaded wide gap cavity. The integro-differential equations axe obtained to describe the modulation of the beam current and kinetic energy. A relativistic klystron amplifier （RKA） model is introduced, which uses an inductively-loaded wide gap cavity as an input cavity. And a numerical code is developed for the extended model based on the equations, from which some relations about the modulated current and modulated energy are numerically given.     

外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁化电流法磁力研究

以外加磁场压电悬臂梁能量采集系统结构为研究对象, 根据磁化电流方法探讨了具有悬臂梁特征的系统结构的磁场作用力及其计算方法, 给出了相应的磁力计算模型, 并将计算结果与实验数据进行了对比. 研究表明, 磁化电流方法导出的磁力计算模型存在偏差, 其磁力计算误差随着磁铁间距缩小而增大. 通过引入悬臂梁末端磁铁的偏转角度, 对磁化电流法计算模型进行改进, 得到合理的外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型, 为该能量采集系统的进一步研究提供了可靠的磁力计算理论依据.     

合肥光源逐圈束流位置监测系统中的定时系统

定时系统是合肥光源逐圈束流位置监测和相空间测量系统中的重要组成部分，其主要目的是为数据采集卡提供与环内电子束团同步的时钟信号。该系统包含高速ECL时钟成形、分频电路、程控延时电路、控制模块等部分。可实现延时范围0～220ns，最小延时步距0.5ns，调整精度0.1ns，时钟抖动小于200ps。系统控制软件基于客户/服务器结构，操作灵活、方便。     

L波段强流单束团注入器的束流动力学计算

自由电子激光器要求高亮度、低能散度的电子束注入波荡器(Undulator)。本文叙述提供高亮度电子束的高频电子直线加速器中的注入器部分的设计计算。注入器由L波段(1300MHz)的十二分频和三分频两个谐振腔预聚束器和一个基波频率的变相速聚束器组成。粒子运动方程中考虑了空间电荷效应和束流负载效应。电子枪的注入参数:脉冲宽度T=4ns;电流I=5A;电子的初始动能E_0=100keV;电子束分布为高斯型。参数优化设计结果:单束团宽度小于25ps,峰值电流达400A以上,电子的平均归一化能量>4,束团内的能量差小于200keV。     

子束排列方式对固体激光器光束合成特性的影响

 建立了固体激光器矩形光斑光束合成的理论模型,对诺·格公司给出的2束、4束、8束合成实验结果进行分析,并通过数值模拟,得到了不同子束排列方式下合成光斑的远场图形。通过仿真模拟可以得出:排列结构影响远场光斑的形状;子束间距决定了合成光束远场光斑的衍射旁瓣的大小和多少。采用环围能量进行分析,研究了远场光斑中主瓣能量随激光阵列占空比的变化。结果显示,远场光束环围功率随子束间距的增大而逐渐下降,而且参与相干合成子束越多,下降越大。     

渡越辐射在强流电子束诊断中的应用

文中描述了渡越辐射用于束流诊断的理论依据,介绍了利用渡越辐射对18MeV,2.7kA的强流脉冲电子束进行诊断的实验方案,介绍了在强流束测量中遇到的困难和解决方法.实验中获得了渡越辐射的特征图案,并对特征图案进行了分析,得到了测量时应该使用偏振片的结论.据此,利用渡越辐射测量了强流脉冲束的剖面、能量、发散角.并采用渡越辐射与切伦科夫辐射相结合的方法，用切伦科夫辐射测量束剖面,用渡越辐射测量能量和发散角,在同一次实验中获得了强流脉冲束的归一化发射度.     

洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中的传输

导出了洛伦兹-高斯光束在梯度折射率介质中传输的光场分布,给出了二阶矩定义下的光束半宽度及其变化率的解析表达式,重点分析了梯度折射率系数对洛伦兹-高斯光束传输性能的影响。结果表明,梯度折射率介质中的归一化光强分布和光束半宽度等呈周期性变化,周期为梯度折射率系数的"倍,轴上最大光强出现在半周期处。梯度折射率系数除影响周期性外,对归一化光强分布和光束半宽度无明显影响,但影响光束半宽度变化率。