大回旋cusp电子注数值模拟

新一代宽带、高增益、大功率回旋行波管需要新型的电子注,而大回旋cusp电子注为其实现提供了可能。对大回旋cusp电子注进行系统理论分析,建立了大回旋cusp电子注的物理模型,在理论分析基础上进行了大量数值计算和模拟优化,并对大回旋cusp电子枪设计中的影响因素进行探讨。设计出一支低速度零散、高速度比、低纹波,适用于高次谐波的高功率(54 kV, 2.7 A)cusp电子枪。     

全三维110GHz和220GHz同轴腔双注回旋管数值模拟研究

为了打破传统单注回旋管只能产生较低功率的局限性, 本文基于自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC 对110 GHz和220 GHz同轴腔双注回旋管进行全三维数值模拟研究. 在理论分析同轴双电子注电子枪设计模型和初始参数的基础上通过CHIPIC对其进行优化设计, 得到了具有横纵速度比为1.0, 最大速度零散约为5.4%的高性能电子束; 并将此优化后的双阳极双注电子枪取代传统回旋管数值模拟时采用的回旋 发射进行110 GHz和220 GHz双注回旋管整管的数值模拟, 并采用MPI四进程并行计算, 最终获得了具有双频分别为110 GHz和220 GHz、模式为TE₀₂模、平均输出功率约在70 kW、 效率达到8.75%的高性能双注回旋振荡管. 关键词： 同轴腔双注回旋管 同轴双电子注电子枪 横纵速度比 速度零散     

8 mm三次谐波潘尼管大回旋电子枪设计

根据现有磁体条件和工艺设计了一过渡区较长的倒向磁场系统,其主磁场为0.396 T,反向磁场为-0.033 T,并给出了一种实用8 mm三次谐波潘尼管电子枪的设计结果。该大回旋电子枪工作在43.5 kV,1.45 A下,阴极可置于轴向磁场幅值渐减区域。该结构电子枪不追求在通过反转点之前形成薄的环形电子束,不利用突变倒向磁场,不需要刻意控制磁力线与电子注包络走向的一致性,显著降低了调试的难度和要求。最终优化所得电子注的纵向速度零散为4.78%,偏心率为7.18%,速度比高达2.2,而速度比的零散仅为4.88%,满足三次谐波潘尼管的要求。经大信号模拟计算,在该电子枪驱动下,潘尼管器件功率可达31.9 kW,效率高达49.4%,总体参量仍具有吸引力且建立在可实现的电子光学系统基础上。     

8 mm三次谐波潘尼管大回旋电子枪设计

根据现有磁体条件和工艺设计了一过渡区较长的倒向磁场系统,其主磁场为0.396 T,反向磁场为-0.033 T,并给出了一种实用8 mm三次谐波潘尼管电子枪的设计结果。该大回旋电子枪工作在43.5 kV,1.45 A下,阴极可置于轴向磁场幅值渐减区域。该结构电子枪不追求在通过反转点之前形成薄的环形电子束,不利用突变倒向磁场,不需要刻意控制磁力线与电子注包络走向的一致性,显著降低了调试的难度和要求。最终优化所得电子注的纵向速度零散为4.78%,偏心率为7.18%,速度比高达2.2,而速度比的零散仅为4.88%,满足三次谐波潘尼管的要求。经大信号模拟计算,在该电子枪驱动下,潘尼管器件功率可达31.9 kW,效率高达49.4%,总体参量仍具有吸引力且建立在可实现的电子光学系统基础上。     

大回旋电子束双磁会切电子枪的设计

 分析了Ka波段二次谐波回旋行波管双磁会切电子枪的理论模型,计算了电子枪的设计参数;采用EGUN软件进行模拟,设计出了产生大回旋电子束的双磁会切电子枪。该枪电压为70 kV,电流为3.35 A,电子束横纵速度比为1.62,速度零散为4.2%。给出了电子束速度比、速度零散沿轴线的分布,进而讨论了阳极电压对电子束性能的影响,结果表明选择适当的阳极电压和阴极磁场对得到好的电子束参量作用明显。     

大回旋电子束双磁会切电子枪的设计

分析了Ka波段二次谐波回旋行波管双磁会切电子枪的理论模型,计算了电子枪的设计参数;采用EGUN软件进行模拟,设计出了产生大回旋电子束的双磁会切电子枪。该枪电压为70 kV,电流为3.35 A,电子束横纵速度比为1.62,速度零散为4.2%。给出了电子束速度比、速度零散沿轴线的分布,进而讨论了阳极电压对电子束性能的影响,结果表明选择适当的阳极电压和阴极磁场对得到好的电子束参量作用明显。     

电子回旋共振等离子体源的数值模拟

采用自洽微波功率吸收的二维混合模型,对电子回旋共振等离子体源中的各种物理参量(电离速率、等离子体密度、位势、电子温度)进行数值模拟.结果表明:等离子体参数随运行条件(中性气压和微波功率)变化呈现出区域特征、饱和现象和振荡行为等非线性现象 关键词：     

会切磁场中大回旋电子束产生的研究

研究了会切磁场产生的机理。通过对Moster-Molnar 模型的探讨, 建立了会切磁场的物理模型。在会切磁场理论分析和数值模拟基础上, 探讨了影响会切磁场设计的因数; 利用拉格朗日公式求解了会切磁场中电子运动轨迹。探讨了会切磁场与大回旋空心会切电子枪的关系, 得到了改进会切电子枪性能的一些一般性结论。     

低速度零散会切电子枪的设计和数值仿真

根据拉格朗日方程对电子在平滑会切磁场中的径向波动与速度零散的关系进行讨论。运用Matlab,Magic软件相互结合的方法设计电子枪结构和磁场。用Matlab程序模拟单电子在给定电场、磁场中的运动,分析了单电子径向速度对零散的影响,并优化磁场分布。设计的磁场可以有效地减小单电子束径向速度,降低电子束速度零散。用Magic软件对电流为1 A、能量为30 keV的电子束在优化磁场中的运动进行仿真,得到的电子束速度比约为2,速度零散小于2.5%,轴向速度零散小于8.5%。     

低速度零散会切电子枪的设计和数值仿真

根据拉格朗日方程对电子在平滑会切磁场中的径向波动与速度零散的关系进行讨论。运用Matlab,Magic软件相互结合的方法设计电子枪结构和磁场。用Matlab程序模拟单电子在给定电场、磁场中的运动,分析了单电子径向速度对零散的影响,并优化磁场分布。设计的磁场可以有效地减小单电子束径向速度,降低电子束速度零散。用Magic软件对电流为1 A、能量为30 keV的电子束在优化磁场中的运动进行仿真,得到的电子束速度比约为2,速度零散小于2.5%,轴向速度零散小于8.5%。     

0.6 THz三次谐波大回旋电子枪设计

基于会切磁场的理论模型,采用粒子模拟软件对0.6 THz三次谐波的太赫兹回旋管所需的大回旋电子光学系统进行研究。通过大量的模拟计算,分析讨论了不同参数对电子注的横向速度离散、纵向速度离散及横纵速度比的影响,优化了电子光学系统的性能参量,得到符合设计要求且具有工程实际应用的电子枪,该电子枪能够产生55 kV,1 A,横向速度离散为3.39%、纵向速度离散为7.10%、横纵速度比为1.53的大回旋电子注。     

0.6 THz三次谐波大回旋电子枪设计

基于会切磁场的理论模型,采用粒子模拟软件对0.6 THz三次谐波的太赫兹回旋管所需的大回旋电子光学系统进行研究。通过大量的模拟计算,分析讨论了不同参数对电子注的横向速度离散、纵向速度离散及横纵速度比的影响,优化了电子光学系统的性能参量,得到符合设计要求且具有工程实际应用的电子枪,该电子枪能够产生55 kV,1 A,横向速度离散为3.39%、纵向速度离散为7.10%、横纵速度比为1.53的大回旋电子注。     

Eccentricity of the electron beam in a gyrotron cavity

Dependence of the coupling of the electron beam and RF field in a gyrotron cavity on eccentricity of the electron beam is studied.     

回旋电子束横纵速度比测试技术

通过对回旋电子束形成的电位和电场分布,推导出电子束横纵速度比测量的计算式。提出将电子束作传输线内导体等效,采用陶瓷电容分压器来测量速度比的方法。介绍了该测量装置的设计和加工工艺,及陶瓷电容分压器的标定方法和结果分析,并介绍了初步的原理性实验结果。该测试方法装置简单,测试电子束横纵速度比时不会破坏电子束的特性,能够做到在回旋管运行时在线测量,实时监测电子束质量。