回旋管的等離子體粒子模擬程序及其應(yīng)用.pdf

1、回旋管的研究和發(fā)展，是上世紀五十年代末以后微波電子學(xué)中的一個重大突破，在受控?zé)岷司圩兊入x子體的回旋加熱(ECRH)、電子高能RF加速、雷達系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及定向能武器(DEW)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。在電子回旋脈塞器件中，電子與電磁波相互作用，引起電子的相位群聚，形成繞磁力線轉(zhuǎn)動的電子團群聚中心，電子團產(chǎn)生回旋共振微波輻射。近年來，國外研究機構(gòu)不斷的開展對高功率、高頻率、高效率的回旋管的研究，取得了巨大的成就。
　　回旋管從上世

2、紀七十年代中后期至現(xiàn)在一直得到蓬勃發(fā)展。美國，俄羅斯，德國，法國，瑞士，英國及日本等國投入了大量的人力物力進行研究。中國自上世紀七十年代末開始也一直在進行跟蹤研究。目前，國際上回旋管研究得到了很大的發(fā)展，已形成一個回旋管系列。近年來，對TE模式的電子回旋諧振受激發(fā)mn射不論在理論，實驗還是計算機模擬都已作了較多的分析，并取得了相當(dāng)?shù)倪M展。與傳統(tǒng)回旋管相比，ECRM由于其波頻率有一大的相對論多普勒上移，因而在相同的工作頻率下，可以數(shù)倍地降

3、低所需磁場強度。與自由電子激光相比，在相同的工作電壓下，ECRM的工作頻率可以更高。由于ECRM兼有回旋管的效率高和自由電子激光頻率，增益高的雙重優(yōu)點，在100-500GHz的頻率范圍內(nèi)，可達百兆瓦級的輸出功率及超過20％的效率。
　　等離子體粒子模擬方法是計算物理領(lǐng)域中的一種重要方法，它對于研究線性和非線性物理過程的物理機制具有特別明顯的優(yōu)越性。尤其在研究一些暫態(tài)過程時提供了一種強有力的工具。在微波電子管(特別是回旋管和虛陰極微

4、波發(fā)生器)中電子與波相互作用的研究中得到了很好的應(yīng)用。本文發(fā)展了針對軸對稱系統(tǒng)TE模式的等離子體粒子模擬程序。并分別以工作模式為TE，工作頻率為40GHz的放大管為例，對理論上提出的關(guān)于軸對TE模式的回旋管進行計算機模擬，得到了場分布，速度群聚圖等相關(guān)數(shù)據(jù)，并觀察到粒子速度反轉(zhuǎn)的新現(xiàn)象，證實理論上的一些結(jié)論。mn TE，95GHz的回旋管22及工作模式為62稱系統(tǒng)的mn
　　同時利用自編的TE模式的等離子體粒子模擬程序，模擬出電子