高功率徑向電子束混合聚焦系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、高效率、高功率和小型化是目前大多數(shù)高功率微波源的主要發(fā)展方向。由于徑向電子束具有較大的發(fā)射截面，在相同輸入電流的條件下其自身的束流密度和空間電荷效應(yīng)較低，因此可以在較低的外加引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度的同時(shí)獲得較高的束波轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而減小產(chǎn)生引導(dǎo)磁場(chǎng)的勵(lì)磁系統(tǒng)的功耗與重量，這有利于實(shí)現(xiàn)高功率微波源的小型化和高效率。高功率徑向電子束聚焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)是徑向高功率微波源研制的關(guān)鍵問(wèn)題之一，而目前關(guān)于高功率徑向電子束聚焦系統(tǒng)的研究相對(duì)較少。在此背景下，本文在已有

2、研究的基礎(chǔ)上，對(duì)基于永磁體和螺線(xiàn)圈混合結(jié)構(gòu)的高功率徑向電子束聚焦系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了徑向電子束混合聚焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論，包括徑向電子束空間電荷場(chǎng)分布的理論、浸沒(méi)式聚焦徑向電子束傳輸特性的基本原理、軸向磁場(chǎng)對(duì)浸沒(méi)式聚焦徑向電子束傳輸?shù)挠绊懸约奥菥€(xiàn)圈產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)的原理。⑵對(duì)高功率徑向電子束混合聚焦系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用浸沒(méi)式聚焦方式，仿真研究了在不同磁場(chǎng)分布下400kV、30kA徑向電子

3、束穩(wěn)定傳輸?shù)氖壽E，根據(jù)電子束的束波動(dòng)規(guī)律優(yōu)化了聚焦徑向電子束所需的磁場(chǎng)分布，研究了一對(duì)通以相反電流的螺線(xiàn)圈磁場(chǎng)分布和一對(duì)軸向磁化的永磁體磁場(chǎng)分布，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于永磁體與螺線(xiàn)圈混合結(jié)構(gòu)的徑向電子束聚焦系統(tǒng)磁場(chǎng)分布。仿真結(jié)果表明混合聚焦系統(tǒng)磁場(chǎng)的軸向分量增加了電子束的束波動(dòng)和減小了電子束的束寬度;400kV、30kA徑向電子束在設(shè)計(jì)的聚焦系統(tǒng)磁場(chǎng)下能以小波動(dòng)穩(wěn)定傳輸。⑶對(duì)混合聚焦系統(tǒng)中的螺線(xiàn)圈進(jìn)行了設(shè)計(jì)。分析了螺線(xiàn)圈的纏繞方式對(duì)徑向

4、電子束聚焦系統(tǒng)的供電系統(tǒng)的影響，結(jié)果表明與單線(xiàn)繞制螺線(xiàn)圈回路相比，雙線(xiàn)繞制螺線(xiàn)圈回路脈沖電流前沿更短，脈沖電流寬度更窄，所需電容更小，更有利于徑向電子束聚焦系統(tǒng)的小型化;仿真研究了線(xiàn)圈激勵(lì)電流角頻率、陽(yáng)極壁與徑向傳輸線(xiàn)的壁厚和電導(dǎo)率對(duì)螺線(xiàn)圈脈沖引導(dǎo)磁場(chǎng)的影響;在此基礎(chǔ)上對(duì)混合聚焦系統(tǒng)中的雙線(xiàn)繞制螺線(xiàn)圈進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)，螺線(xiàn)圈在通過(guò)最大電流時(shí)刻為1.099ms時(shí)產(chǎn)生引導(dǎo)電子束穩(wěn)定傳輸?shù)囊龑?dǎo)磁場(chǎng)，由于設(shè)計(jì)的螺線(xiàn)圈磁場(chǎng)的脈沖時(shí)間為ms量級(jí)，而同