圆柱腔体光电输运的蒙特卡罗模拟

应用三维并行蒙特卡罗程序JMCT, 计算了特征温度分别为1, 3, 5, 8keV的黑体谱X射线入射到铝、二氧化硅、金的表面的背散射光电产额和电子能谱, 并与文献结果进行对比, 验证了程序的正确性, 进而针对系统电磁脉冲(SGEMP)研究中的典型几何结构——金属圆柱腔体, 模拟计算了其在黑体谱X射线照射下的光电输运过程, 用温度为1keV、注量为1J/m2的黑体谱X射线平行照射圆柱腔侧面, 半个侧面发射光电子, 计算得出了和方位角相关的不同面上发射光电子的光电产额、能谱分布和角分布, 结果表明掠入射的X射线会产生更高的光电产额; 光电子的发射角分布都基本符合余弦角分布的规律。     

太赫兹FWG-TWT电子光学系统的数值模拟验证

结合实验模型,对0.22 THz折叠波导行波管(FWG-TWT)的电子光学系统进行数值模拟验证。首先对电子枪的工作机制进行细致研究和仿真验证,然后对电子光学系统(包括电子枪和周期永磁聚焦结构两部分)进行一体化建模,结合实际,合理设置仿真模型的工作参数及边界条件等。分析影响电子注流通率的关键因素,调整结构参数和束流参数,提高电子注的直流流通率。     

一种新型的混合型双频高功率微波器件

为提高高功率微波(HPM)器件的输出功率和转换效率,通过对磁绝缘线振荡器(MILO)和分离腔振荡器(SCO)的特性分析,提出利用MILO磁绝缘电流驱动的SCO替代收集极,构成一个具有更高输出性能的双频混合型HPM器件。通过全电磁粒子模拟软件的模拟,结果表明：L波段MILO-SCO混合型HPM器件可在1.54 GHz和0.74 GHz双频下工作,转换效率超过20%,对探索提高HPM器件工作性能提供了参考。     

微波击穿大气电子温度与电子密度依存关系

给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组,并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程,给出了在击穿建立过程中,电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明:由于大气层中本底自由电子数密度较低,高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度,与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多,而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。     

微电真空折叠波导行波管放大器的电子枪设计

研制工作于太赫兹波段的微电真空折叠波导行波管(FWG-TWT)放大器,需要设计束流集中且发射度小、结构紧凑的热阴极电子枪.本文首先依据典型皮尔斯电子枪的设计理论,通过编程计算初步选定了热阴极电子枪的基本结构参数,然后利用模拟工具对电子枪的结构参数模型进行了初步的仿真优化.针对工作频率为0.22 THz的微型折叠波导行波...     

110 GHz微波电离大气产生等离子体过程的理论研究

将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,对110 GHz微波电离大气产生等离子体的过程进行了理论研究. 研究发现:在高气压下等离子体成丝状;中等气压下等离子体先成丝状,在向微波源移动的过程中逐渐向连续的等离子体区域过渡;低气压下电离产生连续的等离子体区域. 不同气压下等离子体区域都向微波源方向移动. 初始电子数密度分布只影响放电初始阶段的等离子体区域形状,不会影响成丝与否. 等离子体区域在垂直于电场方向和平行于电场方向的移动规律不同. 当电场平行于计算平面时,由于沿着电场方向等离子体两端存在强场区,等离子体区域被拉长,在较低的气压下会出现等离子体丝阵. 关键词： 110 GHz微波 大气电离 等离子体丝阵     

3维全电磁粒子软件NEPTUNE中的并行计算方法

 介绍了NEPTUNE软件采用的一些并行计算方法：采用“块-网格片”二层并行区域分解方法,使计算规模能够扩展到上千个处理器核。基于复杂几何特征采用自适应技术并行生成结构网格,在原有规则区域的基础上剔除无效网格,大幅降低了存储量和并行执行时间。在经典的Boris和SOR迭代方法基础上,采用红黑排序和几何约束,提出了非规则区域上的Poisson方程并行求解方法。采用这些方法后,当使用NEPTUNE软件模拟MILO器件时,可在1 024个处理器核上获得51.8%的并行效率。     

提高相对论返波管超辐射峰值功率的新途径

 基于相对论返波管束波互作用的非线性自洽方程组,针对超辐射机制相对论返波管计算模型,编制程序数值研究了二极管电压、电流、耦合阻抗等参数对输出超辐射的影响,提出了提高相对论返波管超辐射峰值功率的新途径。通过全电磁粒子模拟程序验证了所得结论：超辐射机制下,通过电子束脉冲内线性调制二极管电压和电流,以及采用非均匀耦合阻抗的混合优化方式,可以增加束波共振范围和改善束波换能效率,达到进一步提高相对论返波管超辐射峰值功率的目的。     

新型二次电子倍增阴极的蒙特卡罗模拟研究

提出了一种新型二次电子倍增阴极强流二极管,并对其进行了动力学理论简化模型和蒙特卡罗数值模拟的对比验证研究。首先,基于设计结构原型,根据二次电子发射特性进行合理简化,建立了动力学模型,获得了电子速度、位移以及渡越时间的解析结果,并结合Vaughan的二次电子产额模型,确定了该新型二次电子倍增阴极强流二极管的理论工作区间;其次,理论分析了施加径向电场的重要意义,并给出了二次电子运动特征参数(最大位移、渡越时间、碰撞能量等)的理论预估结果;最后,对该新型二次电子倍增阴极强流二极管进行了蒙特卡罗模拟研究,获得了电子的运动轨迹、碰撞能量以及二次电子倍增工作区间等物理图像,并将蒙特卡罗数值模拟结果与理论结果进行了比对,两者吻合程度较好,对可能的误差来源进行了分析讨论。理论和模拟结果表明:新型二次电子倍增阴极强流二极管概念可行,工作区间内通过调整施加电场与磁场幅值,可有效达到电子运动状态可控的目标。另外,理论粗估了二次电子倍增饱和条件下的阴极发射电流密度,结果表明:发射电流密度可达kA/cm2水平,具备强流发射特性;增加外加径向场强幅值可有效提升发射电流密度。最后,对该新型二次电子倍增阴极设计步骤和依据进行了讨论。     

阶梯阴极型L波段MILO的实验研究

 对阶梯阴极型L波段磁绝缘线振荡器（MILO）进行了实验研究。介绍了测试方法与测试系统;开展了阴极电子发射实验,发现阴极电子发射不均匀是对称结构MILO产生非对称微波模式的最关键的因素之一;并对二极管屏蔽环尺寸、扼流片半径、提取间隙等进行了研究。在电子束电压约420 kV、电流33 kA的条件下,得到了阶梯阴极型L波段MILO的高功率微波辐射功率为1.22~1.47 GW,脉宽大于20 ns,频率为1.21 GHz,束波转换效率约为10%,器件产生微波模式为TM01模,经过模式转换器后的辐射模式为TE11模。