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无引导磁场强流相对论环形电子束的产生与传输

林远超  
【摘要】: 很多高功率微波源是利用电子束与微波相互作用,将束电子的部分能量转化为微波场的能量,从而产生高功率微波。相比与实心束而言,环形电子束具有空间电荷效应更小、电子势能更小的优点,因此很多高功率微波器件都是利用强流相对论环形电子束参与束波互作用。本文试图在无引导磁场的情况下实现强流相对论环形电子束的产生与传输,以减小系统的体积、重量和能源消耗。 首先研究了箔聚焦强流相对论环形电子束在同轴波导中的传输。根据漂移空间中电势满足的泊松方程数值求解了同轴漂移空间中的电势和电场分布,并求得了箔聚焦强流相对论环形电子束在同轴波导中传输的空间电荷限制流。然后通过分析包络电子的受力得到包络电子的平衡条件,并通过数值求解包络电子的运动方程得到了包络电子的运动轨迹。从而在已知待传输束流参数后,可根据电子的运动轨迹来调整漂移空间的尺寸参数,实现箔聚焦强流相对论环形电子束在同轴波导中的稳定传输。 采用近似等效的方法数值求解了平板二极管产生强流相对论环形电子束的空间电荷限制流,为二极管参数设计和环形束产生的实验调试提供了依据。通过理论分析和粒子模拟相结合的方法设计了能够在无引导磁场情况下产生强流相对论环形电子束的类皮尔斯阴极,并通过实验初步验证了该结构在无引导磁场的情况下产生强流相对论环形电子束的可行性。 设计了用于测量强流相对论环形电子束束电流的法拉第筒,且该法拉第筒能够测量束半径及束厚度可变的环形束,适用范围较大。


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