强流相对论多注电子束在空心圆柱波导中的漂移

建立了多注电子束在空心圆柱波导中传输的理论模型,定量分析了多注电子束自电磁场力与镜像电磁场力对其角向运动的影响,并推导了考虑镜像束流影响下多注电子束的布里渊磁场.开展了模拟仿真研究,模拟与理论计算结果基本一致.研究发现:当电子束注数较少且靠近波导管壁传输时,镜像电磁场力是影响多注电子束角向漂移的主要因素;随着电子束注数或电子束与波导壁间距的增加,镜像电磁场力迅速减小并趋近于零,此时自电磁场力起主导作用;在一般情况下,漂移角速度的变化百分比只与加速电压有关,与多注电子束的注数、空间位置关系等参数无关.在输出电压约670 kV,电流约7 kA,空心圆柱波导长约100 mm的平台上开展了实验研究,研究发现多注电子束存在明显的畸变,通过进一步的分析认为多注阴极柱的侧面发射是导致电子束畸变的一个主要因素,并且二极管加速区的角向漂移不可忽视.提出并模拟验证了采取倾斜多注阴极柱的方法可提高电子束的引入效率.     

箔-聚焦的强流电子束的平衡与稳定特性

通过箔 聚焦的电子束的包络方程研究了电子束的平衡与稳定特性,从而得到了能够传输的电子束的参数与箔之间距离和波导半径之间的关系。     

箔-聚焦的强流电子束的平衡与稳定特性

 通过箔 聚焦的电子束的包络方程研究了电子束的平衡与稳定特性，从而得到了能够传输的电子束的参数与箔之间距离和波导半径之间的关系。     

强流相对论电子束的数值模拟

我们研制了CEBQ程序和ENVLOP程序，模拟稳态相对论电子束在二极管区的产生和加速，以及电子束在阳极通道内的传输过程。CEBQ程序模拟二极管区电子轨道，当阳极电压为1．5MV时，阴极总发射电流为17．9kA，进入阳极通道内的传输电流为4．3kA，阳极入口处D=4cm的束发射度为24．9cm．mrad。ENVLOP程序使用线性近似下的包络方程，描述电子束包络在螺旋管引导磁场作用下的变化，讨论了外加引导磁场对包络的影响。计算结果表明，在合适引导磁场作用下，束包络起伏较小，进入阳极通道的束流(4．3kA)能全部通过。     

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。     

激光加速电子束放射照相的模拟研究

激光加速产生高能量电子束具有源尺寸小、准单能、脉宽窄等特征.通过蒙特卡罗程序模拟研究了高能电子束的放射照相.模拟了200 MeV准直电子束照射台阶靶、厚铁靶,11 MeV点源电子束照射惯性约束聚变模型靶,以及70 MeV点源电子束在激光等离子体磁场下的偏转.结果表明激光加速电子束在探伤厚材料内部、确认薄材料界面、测量电磁场等诊断中具有高时空分辨、灵敏等能力.     

CSR电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性

HIRFL CSR的电子冷却系统是采用强流电子束对重离子束进行冷却。在冷却段漂移管区,由于强流电子束自身的空间电荷场和螺线管磁场的作用,使得电子束的包络发生振荡。通过求解电子束的横向包络方程,研究了强流电子束包络随电子束参数和螺线管聚焦磁场的变化关系。计算结果表明：对于不同的电子束能量和磁场,电子束包络的振荡频率也不相同;在相同的条件下,磁场越强,电子束包络振荡幅度越小,电子束能量越大,其包络的振荡频率也越快。     

吉瓦级强流相对论多注电子束二极管的优化设计与实验研究

多注相对论速调管放大器可在较高的工作频段实现GW级功率微波产生,在很多领域得到了发展和应用.多注相对论速调管中强流相对论多注电子束相互之间存在空间电磁场的作用,使得多注电子束从二极管引入多注漂移管,以及在多注漂移管中的传输运动受到影响,导致电子束会轰击到管壁上,早期实验中多注电子束的传输通过率较低.本文对功率数GW的强...     

CSR电子冷却系统强流电子束包络的振荡特性

 HIRFL CSR的电子冷却系统是采用强流电子束对重离子束进行冷却。在冷却段漂移管区，由于强流电子束自身的空间电荷场和螺线管磁场的作用，使得电子束的包络发生振荡。通过求解电子束的横向包络方程，研究了强流电子束包络随电子束参数和螺线管聚焦磁场的变化关系。计算结果表明：对于不同的电子束能量和磁场，电子束包络的振荡频率也不相同；在相同的条件下，磁场越强，电子束包络振荡幅度越小，电子束能量越大，其包络的振荡频率也越快。     

电子回流对高功率无箔二极管效率的影响

基于单电子在电磁场中的运动理论, 对某过模微波器件, 用无箔二极管通过分析其导引螺旋管磁场和电子发射区电场的分布与相互关系, 证明了电子回流与电子束传输效率密切相关。效率实验研究表明: 对大尺寸导引磁场, 不同半径薄环阴极发射电子束电功率有较大区别; 如果电子束半径小于50mm, 二极管效率大于95%;如果电子束半径大于90mm, 二极管效率小于75%。     

直线感应加速器输运磁场遗传算法优化

以直线感应加速器（LIA）匹配磁场设计和束线调谐为背景,提出解决强流相对论电子束长距离、小波动、多元件磁约束的输运优化问题的数值优化办法,建立基于遗传算法的优化程序。结合束质心轨迹及束包络耦合模型,设计描述束传输半径波动大小的评价函数,采用励磁元件馈入电流为优化对象,解决LIA磁场配置组合爆炸优化问题。计算结果表明：优化程序可依据不同的初始束流,有针对性地快速给出一组符合束输运要求的励磁电流配置。研究成果为在建的LIA装置束线调谐提供一种重要的数值分析工具。     

直线感应加速器输运磁场遗传算法优化

以直线感应加速器（LIA）匹配磁场设计和束线调谐为背景,提出解决强流相对论电子束长距离、小波动、多元件磁约束的输运优化问题的数值优化办法,建立基于遗传算法的优化程序。结合束质心轨迹及束包络耦合模型,设计描述束传输半径波动大小的评价函数,采用励磁元件馈入电流为优化对象,解决LIA磁场配置组合爆炸优化问题。计算结果表明:优化程序可依据不同的初始束流,有针对性地快速给出一组符合束输运要求的励磁电流配置。研究成果为在建的LIA装置束线调谐提供一种重要的数值分析工具。     

A self-consistent method for describing curvilinear charged beams

A self-similar solution to the self-consistent gasdynamics equations is used to derive envelope equations for a thin curvilinear charged beam propagating in an external electromagnetic field.     

Equation for the envelope of a relativistic electron beam propagating in a resistive plasma channel during the evolution of resistive hose instability

Kinetic methods are used to derive the transport equations, virial equation, dynamic equilibrium condition, and the equation of the envelope of an axially symmetric paraxial relativistic electron beam propagating in an Ohmic plasma channel during the evolution of resistive firehose instability. The equation of the beam envelope is generalized by taking this instability into account.     

强流束在二极磁场中传输的模拟计算

为了研究空间电荷力对束流在二极磁场中传输的影响,从理论上用矩阵法分析非强流脉冲束流与强流脉冲束流在二极磁场中的传输矩阵,编写了束流在二极磁场等元件中传输的计算程序。用Powell优化方法计算非强流束传输实现给定的光学条件,用迭代方法计算强流束传输获得自洽解。在不同束流流强条件下,运用该程序与其他程序进行了模拟计算,并对模拟结果进行了比较分析。模拟结果表明:束流流强越大,束流包络曲线横向发散越显著,空间电荷效应越强。     

电子注对谐振腔中TM模式谐振频率和电磁场分布的影响

将电子注视为等离子体柱,从填充等离子体柱的谐振腔的物理模型出发,推导了圆柱腔填充中心电子注时TM0m0模式的特征方程,并重点分析了填充电子注的圆柱腔中TM010模式和TM020模式的谐振频率和电磁场分布随等离子频率的变化情况。研究结果表明,随着电子注的等离子体频率不断增大,谐振频率也不断增大,谐振腔内电场和磁场的分布也随之发生改变。当电子注的等离子体频率超过谐振腔的谐振频率时,谐振腔内的电磁场分布将发生很大的变化,出现了电子注内外电场方向相反和趋肤效应等现象。     

On envelope equations for electron beams in magnetic fields

A self-similarity approach is used to obtain envelope equations for an annular beam propagating along a magnetic field, and also an electron beam injected at an angle to a magnetic field. An exact solution is constructed for the self-consistent problem of transverse oscillations of a cold annular beam in a magnetic field, and a comparison is made with approximate results from the method of envelope equations. Zh. Tekh. Fiz. 68, 103–107 (January 1998)     

Coupling Instability of a Warm Relativistic Electron Beam with Ion-Channel Guiding

In this paper, the coupling instability of warm relativistic electron beam (WREB) propagating through the ion channel guiding is investigated in detail. Obtaining the equilibrium state of the system by considering the self-electric and azimuthal magnetic field, the fluid-Maxwell equations as well as linear perturbation theory are employed to derive the dispersion relation of the excited modes in the system. Numerical analysis of the obtained dispersion relation shows that the electromagnetic (EM) instability can be induced nearly the center of the beam through coupling between the fast electron plasma wave (FEPW), originated from the longitudinal oscillation of WREB, and fast forward electromagnetic wave (FFEW). In this sense, growing the perturbation amplitude occurs due to transport the kinetic energy of WREB to the EM wave at the specific frequency range, where the phase velocity of FEPW and FFEW is coincided. The results of the present investigation will greatly contribute to the understanding of the stability of the warm relativistic electron beam in laboratory experiments, such as in free electron laser experiments, where the ion-channel guiding is used to confine the electrons against the self-repulsive forces generated by the beam itself.     

Fokker-Planck analysis of energy deposition of laser-produced relativistic electrons in dense plasmas

Evaluation of the energy deposition region of a laser-produced relativistic electron beam in dense core plasma is essential in the fast ignition approach to ICF. Recently, we have developed a two-dimensional relativistic Fokker-Planck code “RFP-2D” for fast electron transport in dense plasmas to investigate the energy deposition profiles. In this paper, we compare the sizes of the energy deposition region derived from RFP-2D and another RFP-type calculation model with stochastic treatments. It is found to be considerably important to take into account the influence of the self-generated electromagnetic field when evaluating the energy deposition region.     

Kinetic approach to the envelope equation for a relativistic electron beam propagating through a scattering gas-plasma medium in the presence of the reverse plasma current with an arbitrary radial profile

A kinetic approach is applied to derive the transport equations, the virial equation, the dynamic-equilibrium equation, and the envelope equation for an axially symmetric paraxial relativistic electron beam propagating through a scattering gas-plasma medium in the presence of a reverse plasma current with a radial density profile that is generally different from the beam density profile. The equations obtained include additional terms that account for this difference.