等離子體行波管電子光學系統(tǒng)的設計和特性研究.pdf

1、近十年來，在高功率微波的研究熱潮中，引入了等離子體技術。引入等離子體能顯著改善高功率微波源各方面的工作性能，已經(jīng)成為高功率微波源發(fā)展一個頗有前景的新方向，等離子體行波管即是其一個典型代表。本文的主要任務就是研究和設計等離子體行波管電子光學系統(tǒng)，并進行粒子模擬。 主要工作如下： 1.根據(jù)強流電子光學理論，在填充等離子體條件下，設計平面陰極電子槍。選用圓形平面陰極；設計恰當?shù)木凼鴺O形狀以控制電子束的成形，并使用解析法、電解槽

2、法和數(shù)值方法三種方法進行設計；考慮陽孔效應對電子束傳輸?shù)挠绊懀拚柨仔?，給出電子槍設計曲線；最后討論一下等離子體陰極電子槍。 2.設計部分屏蔽軸向聚焦磁場。選擇電子槍陰極處于軸向聚焦磁場峰值的0.4-0.7倍處；漂移通道(互作用區(qū))位于均勻軸向聚焦磁場中，以抑制電子束的空間電荷效應；使用反算法設計電子槍和漂移通道之間的過渡區(qū)。 3.設計多級降壓收集極。將電子按速度分類，高電位收集動能小的電子，低電位收集動能大的電子，

3、使收集極幾乎不消耗能量，同時盡量避免二次電子的發(fā)射，保證行波管的工作穩(wěn)定性，此外還簡單介紹了下氣體電動態(tài)系統(tǒng)。 4.進行PIC(particl-in-cell)模擬。建立電子槍和聚焦系統(tǒng)模擬模型，分別在真空和填充等離子體條件下進行模擬。發(fā)現(xiàn)填充等離子體能補償部分空間電荷效應，改善電子束包絡軌跡，提高電子的流通率，但是隨著等離子體密度的增大，束電子會出現(xiàn)振蕩不穩(wěn)定性，遺憾的是通過反復多次模擬發(fā)現(xiàn)本文所用粒子模擬的代表性軟件Magi