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回旋管中磁控注入枪的研究与设计

董爱香  
【摘要】: 回旋管具有在毫米、亚毫米波段其他器件无可比拟的高峰值功率、高平均功率的优越性,因此在等离子体加热、受控热核聚变、雷达、通信及电子对抗等方面都有着广阔的应用前景。特别是近三十年来,俄罗斯、美国、法国、瑞士、日本、德国等国进行了大量的研究工作。在国内,电子科技大学高功率微波实验室自70年代后期起,也对回旋管进行了大量的研究工作,并达到国内外先进水平。磁控注入枪为回旋管提供螺旋电子注,它提供的电子注的性能直接影响互作用效率。作为回旋管的重要组成部分,国内外对磁控注入枪也进行了大量的研究。论文结合本教研室的科研项目,对双阳极磁控注入枪进行了研究。同时,为满足ITER计划中所需求的大功率连续波的要求,新型回旋管-双电子注同轴腔回旋管的研究正在展开,本文对其中的双注磁控注入枪进行了研究,并获得良好的设计结果。本文主要工作如下: 掌握EGUN、PIC粒子模拟程序两种软件设计电子枪的理论基础,熟悉软件使用,阐述电子光学系统的基础理论与计算方法。 阐述磁控注入枪的工作原理,进行详细的理论分析。阐述电子枪的设计方法,对电子枪的优化设计进行详细论述。论述影响电子注速度比、电子注速度零散的主要因素。 对双阳极磁控注入枪进行数值模拟,研究获得了一系列有意义的结论。研究表明,完成电子枪的初始设计后,可以通过调整磁场分布、电子枪结构、阴极磁场、阳极电压等因素,优化电子注的性能。特别的是,文章中定性分析了阴极磁场角对电子注速度比的影响,并通过计算获得证明。 建立新型同轴-双注磁控注入枪模型,对双注磁控注入枪进行相应的理论分析与设计。与单注磁控注入枪相比,双注枪可以提供速度零散小、高束流的电子注,在互作用区更容易起振,且能更好的抑制模式竞争。


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