射频电感耦合等离子体在横向磁场中扩散的研究

通过轴向移动朗缪尔探针,考察了外置电磁铁提供的横向磁场对射频感应耦合等离子体(ICP)延轴向扩散过程中的电子温度、离子密度的影响。实验数据表明,与无磁场条件下的结果相比,横向磁场的加入使得扩散区内的电子温度沿轴向迅速下降,研究了横向磁场对电子的过滤作用。     

两种外磁场形式对介质面次级电子倍增的抑制

利用自编1D3V PIC程序,数值研究了不同外加磁场方式对次级电子倍增抑制的物理过程,给出了次级电子数目、平均能量、密度、运动轨迹、渡越时间、介质表面静电场及沉积功率等物理量时空分布关系。模拟结果表明:不同方向外加磁场抑制次级电子倍增的机理有所不同。轴向外加磁场利用电子回旋运动干扰微波电场对电子加速过程,使其碰壁能量降低以达到抑制二次电子倍增的效果;横向外加磁场利用电子回旋漂移过程中,电子半个周期被推离介质表面（不发生次级电子倍增）,半个周期被推回介质表面（降低电子碰撞能量）的作用机理,达到抑制二次电子倍增的效果。讨论了横向磁场在回旋共振下,电子回旋同步加速导致回旋半径增大,电子能量持续增加的特殊过程。两种外加磁场方式都可以通过增加磁场达到进一步抑制次级电子倍增的目的。轴向外加磁场加载容易,但对磁场要求较高;横向外加磁场需要磁场较低,但加载较为困难。     

带轴向引导磁场自由电子激光器中的电子轨迹与稳定性

在对中国工程物理研究院电子学研究所和中国科学院上海光学精密机械研究所所做带引导磁场喇曼型自由电子激光实验进行数值模拟的基础上,本文研究了轴向引导磁场和摇摆磁场联合作用的单电子轨迹,对电子的平衡轨道和一阶微扰轨道进行了仔细分析,揭示了在引导磁场存在的情况下,摇摆磁场横向变化引起的电子感应回旋运动的重要性,推导了带引导磁场情况下的电子感应回旋运动方程,给出了电子感应回旋运动的周期,X方向、Y方向之间的关系。同时,用数值模拟方法研究了电子的运动,两者结果符合很好。 关键词：     

相移光栅磁场传感方案交叉敏感分析

通过相移光栅的偏振相关损耗(PDL)进行磁场测量是一种较为新颖的磁场测量方法,可用于对脉冲交变强磁场的测量。交叉敏感问题是光纤光栅传感中的关键问题。忽略光栅固有双折射,利用传输矩阵法对磁场传感原理进行了推导与仿真,理论分析了温度、轴向应力和压力等对相移光栅透射窗口的影响,并对相应的PDL峰值变化进行了数值仿真。理论和实验表明,透射窗口峰值的波长随温度和轴向应力呈线性变化,PDL谱线发生横向平移,磁场传感系统不受影响。压力的变化改变了光栅的折射率分布,产生应力双折射,PDL谱线发生不规则变化,对磁场测量结果产生严重影响。     

HIRFL–CSR电子冷却装置上的横向电子束温度

从磁场中单电子的轨道运动方程出发,分析并推出了HIRFL-CSR电子冷却装置上的横向电子束温度,并得到了一些重要结论.     

自由电子激光放大器的理论分析

本文从单粒子模型出发,对自由电子激光放大器在小信号情形下的工作机理与参量特性进行了比较详细的分析与讨论,结果表明自由电子激光放大器实质上是电子束与快迴旋波的相互作用,而电子在轴向均匀静磁场及横向周期静磁场中运动的迴旋谐振条件对这种相互作用有重大的影响,本文对放大器的参量(如电子束的电压和电流密度、轴向及横向静磁场强度、横向静磁场波长等)与放大器的中心工作频率、放大带宽、小信号增益和放大电磁波的波数的关系进行了数值计算,并指出了最佳设计的途径,经过适当设计,自由电子激光放大器的小信号增益达到10^-2厘米^-1或1米的e倍距离并有足够的带宽是不难的。 关键词：     

HIRFL—CSR电子冷却装置上的横向电子束温度

从磁场中单电子的轨道运动方程出发，分析并推出了ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ电子冷却装置上的横向电子束温度，并得到了一些重要结论。     

HIRFL－CSR电子冷却装置上的横向电子束温度

从磁场中单电子的轨道运动方程出发，分析并推出了ＨＩＲＦＬ－ＣＳＲ电子冷却装置上的横向电子束温度，并得到了一些重要结论．     

铁磁性加载复合管壳电子注聚焦性能的研究

大功率行波管通常利用复合管壳提升高频系统的集成度和散热特性。宽带行波管采用复合管壳高频制造工艺时,由于加载翼片含有铁磁性材料(纯铁)使得聚焦系统的横向磁场分量变大,径向和角向磁场分量呈非均匀性,电子注聚焦困难。本文研究了周期永磁聚焦系统横向磁场产生的原因并建立理论模型,并对磁场分量和其对电子注形态的影响进行了仿真,仿真结果与理论计算结果一致。根据横向磁场分布模型对加载翼片的形状和数量进行优化仿真,结果表明9片齿形加载翼片方案可在保持慢波电路参数的同时,降低聚焦系统的横向磁场分量,改善电子注聚焦效果。     

多注行波管周期永磁聚焦系统

 利用自行开发的3维行波管仿真软件研究了五注耦合腔行波管周期永磁聚焦系统,分析了各个电子注通道内的静磁场分布和电子注聚焦性能。讨论了在有无初始横向速度的情况下各电子注的聚焦情况。并对外层电子注通道内的横向磁场的性质和其造成的对电子注聚焦的影响进行了分析,结果表明:该多注周期永磁聚焦系统具有良好的静磁场分布特性与电子注聚焦性能,在结构设计合理时,横向磁场对外层通道内电子注的聚焦影响很小,可以忽略。     

轴向磁场下感应耦合放电模式转换的实验研究

为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响,设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究,引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断,并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现,当气压为10 Pa时,轴向磁场强度的增加使得E-H和H-E模式转换的阈值功率增大;同时,随着轴向磁场的增强,放电中心区域的电子密度不断降低。初步分析认为,这是由于带电粒子在洛伦兹力作用下做回旋运动,导致高能电子在垂直磁场方向上的碰撞减少,降低了电子密度以及感应耦合效率。进一步分析电子能量概率函数(EEPF)发现,在E模式下,轴向磁场对电子运动的约束作用更加明显,高能电子(>27 eV)所占比例增多,电子能量分布更加均匀。     

HIRFL—CSR电子冷却装置的电子枪设计

 从理论上推导并分析了绝热加速原理，进而应用改进的EGUN程序对HIRFL – CSR冷却装置电子枪进行了模拟设计。给出了电子束的横向温度随电极结构和螺线管纵向磁场的变化情况。计算结果表明：在冷却装置的整个工作能量范围内，可以获得横向温度低于0.1eV的电子束。     

横向磁场作用下Taylor-Couette湍流流动的大涡模拟

采用大涡模拟方法对横向磁场作用下导电流体Taylor-Couette湍流流动进行数值模拟,以研究其运动规律.计算模型为无限长度,半径比为1/2.雷诺数分别选取为3000和5000,磁场加载方式为全局磁场,哈特曼数取值0—50.对磁场作用下泰勒涡的演化过程、速度分布和湍动能分布进行分析,并与轴向磁场作用下泰勒涡演化过程进行对比.结果表明:磁场对流场有显著的抑制作用,扭曲的泰勒涡在横向磁场的作用下破裂成小尺度涡结构,并沿磁场方向排列;在外圆筒和垂直于磁场方向的区域,磁场抑制效果较强;随着雷诺数的增加,磁场抑制效果减弱,在流场不同区域,流动呈现出不同的特点.与轴向磁场相比,横向磁场对流场的抑制效果较弱,流场分布呈现出明显的各向异性.     

四注行波管周期永磁聚焦系统的优化设计

根据电子注参数、布里渊磁场公式及周期聚焦系统轴向磁通密度峰值经验公式,计算出永磁聚焦系统轴向峰值磁通密度,利用Ansoft Maxwell 3D软件建立了四注行波管周期永磁聚焦系统仿真模型,对模型结构尺寸进行了参数化分析,研究了周期永磁聚焦系统结构尺寸对聚焦系统通道内磁通密度的影响,确定了磁聚焦系统结构最佳尺寸配合,优化设计出了四注行波管周期永磁聚焦系统。其电子注通道中心轴线上轴向磁通密度峰值B_z=309 mT,横向磁通密度B_t=2.86 mT,B_t/B_z=0.92%。     

弱磁化等离子体中受激拉曼散射和受激布里渊散射抑制研究

本文针对典型激光聚变等离子体参数条件,利用动理学粒子模拟程序研究横向磁场和激光带宽在抑制受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)中的作用。模拟发现横向磁场对非均匀等离子体中SRS的非线性自共振增强有显著抑制作用,分析认为横向磁场作用于SRS激发的电子等离子体波(EPW)势阱中的俘获电子,使它们在横向上加速,对EPW造成非线性阻尼,同时减小EPW的非线性频移量,从而缩窄非均匀等离子体中SRS的自共振空间,极大降低SRS反射率。在此基础上利用横向磁场抑制SRS的特性,以及SBS增长对激光带宽的敏感性,提出了利用横向磁场和宽带激光将SRS和SBS同时抑制在低反射率水平的方案。在采用数十特斯拉横向磁场和实验中易于达到的千分之一量级的激光带宽时以及慢性约束聚变(ICF)相关参数下,SBS和SRS的反射率都得到了有效抑制。     

短波长自由电子激光器电子运动特性研究

短波长自由电子激光器的电子束在摇摆器中的传输通道长而狭窄, 须得电子具有良好的运动特性, 避免在传输过程中产生横向发散. 本文研究短波长自由电子激光器中超相对论电子在磁场具有横向分布的平面摇摆器中的三维运动特性, 用逐次逼近法推导相对论运动方程的解析表达式, 非线性数值计算模拟传输过程, 采用科尔莫 戈罗夫熵 方法分析运动的稳定性. 结果表明: 摇摆器磁场除使电子做周期性摇摆运动外, 还迭加了偏离轴线的横向漂移运动, 在没有外置的磁场聚焦系统情况下, 电子将偏离轴线横向发散; 但是, 恰当选取电子的横向初始速度, 可有效地防止电子运动的横向发散, 即使没有外置的磁场聚焦系统, 也能在长达10 m 的摇摆器中顺利传输, 横向位移范围不超过0.09 mm, 而且其运动是稳定的. 关键词： 短波长自由电子激光器 平面摇摆器 超相对论电子运动 运动稳定性     

电子束在弯曲螺线管中的运动

 为研究HIRFL-CSR电子冷却装置中电子束穿过电子冷却装置中弯曲螺线管后电子横向能量的变化,用POISSON程序计算出弯曲螺线管的磁场分布,考虑了空间电荷效应,用数值方法模拟计算了电子在弯曲螺线管中的运动情况,得到了电子束横向能量变化最小时磁场各分量与电子束能量和弯曲螺线管几何尺寸之间的关系,并获得了电子束横向能量在束流截面的空间分布。     

磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

采用半经验的模型、用单激发组态相互作用方法计算并讨论了外加轴向磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响。由于电子电子间相互作用的影响,磁场导致碳纳米管吸收峰能级分裂与磁场不成正比。该结果与简单的能带理论所给出的结果在低磁场情况下有本质的区别,并与实验结果有更高的符合度。该研究进一步证明了电子电子间相互作用以及激子在决定碳纳米管电子结构和光学性质中的重要作用。     

保偏光纤陀螺横向磁场误差的温度依赖性

针对无骨架光纤环的保偏光纤陀螺中横向磁场误差的温度依赖性研究发现,保偏光纤线双折射以及Verdet常数固有的温度依赖性可以导致横向磁场误差随着温度变化而变化。利用琼斯矩阵方法推导了保偏光纤陀螺横向磁场误差与温度的关系,并进行了实验验证。实验结果表明,对于长度为1km,半径为6cm,光纤线双折射为2027rad·m-1,最大扭转率为0.382rad·m-1的无骨架光纤环,在1mT横向磁场以及-40~60℃温度场作用下,光纤陀螺的横向磁场误差由26.51(°)·h-1增加到30.43(°)·h-1。     

宽平顶低横向场分量螺线管线圈设计

介绍了非均匀绕线技术和匀场环技术在螺线管线圈设计中的应用。分析表明这两种技术的采用可以减小线圈间隙的磁场波动、屏蔽线圈磁场的横向分量,从而设计出宽平顶低横向场分量的螺线管线圈。针对中国工程物理研究院12 MeV直线感应加速器螺旋管线圈的设计结果表明,非均匀绕线技术可以使线圈间隙处的轴向磁场波动减小约70%,匀场环的采用则能使线圈磁场的横向分量减小96.5%。