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等离子体填充大功率微波器件及其相关问题的理论研究

高宏  
【摘要】: 近年来,一系列的实验研究表明,在高功率微波器件中填充等离子体可以大 大增强其电子束与波的互作用效率,提高功率输出的水平;理论研究进而表明等 离子体的参与有以下几个突出优点:1.由于等离子体电荷中和效应可以使器件在 高于真空电流极限下工作,进而有更高的输出功率;2.辅助电子束聚焦而降低对 磁场的要求,进而降低器件的体积、重量和成本;3.新的等离子体-电子束-波互作 用机理,使器件达到很高的效率;4.输出频率连续可调。本文主要围绕等离子体 填充大功率微波器件—波纹波导和自由电子激光器,及其相关问题进行了一些研 究和探讨,主要工作如下: 1.详细综述了相对论电子束在等离子体中传输过程中所发生的一些效应,如 离子通道的形成、电荷和电流中和效应、以及电子束的箍缩传输等; 2.建立了磁化等离子体填充波纹波导的线性理论,推导了其色散方程,从该 方程出发可以方便地得到未磁化及磁场无穷大时等离子体填充和冷腔波纹 波导中的结果;另外,还对考虑离子通道的情形作了讨论; 3.研究了离子通道自由电子激光器,并提出了一种普遍适合、易于推导的离 子通道自由电子激光器的线性理论,并研究了静磁泵离子通道自由电子激 光器在喇曼区和高增益康普顿区的最大增长率及其效率。另外,利用该结 果可以方便地推导静磁泵加轴向引导磁场和电磁波泵离子通道自由电子激 光器的线性理论; 4.研究综述了各类激光-等离子体加速器的特性及其发展状况,介绍了等离 子体波的产生、电子的俘获和加速等概念,并对其应用前景作了讨论。


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