高功率徑向電子束混合聚焦系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計.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)磁場強(qiáng)度的同時獲得較高的束波轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而減小產(chǎn)生引導(dǎo)磁場的勵磁系統(tǒng)的功耗與重量，這有利于實現(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)計是徑向高功率微波源研制的關(guān)鍵問題之一，而目前關(guān)于高功率徑向電子束聚焦系統(tǒng)的研究相對較少。在此背景下，本文在已有

2、研究的基礎(chǔ)上，對基于永磁體和螺線圈混合結(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。
　　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)計的相關(guān)理論，包括徑向電子束空間電荷場分布的理論、浸沒式聚焦徑向電子束傳輸特性的基本原理、軸向磁場對浸沒式聚焦徑向電子束傳輸?shù)挠绊懸约奥菥€圈產(chǎn)生脈沖磁場的原理。⑵對高功率徑向電子束混合聚焦系統(tǒng)的磁場分布進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。采用浸沒式聚焦方式，仿真研究了在不同磁場分布下400kV、30kA徑向電子

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

4、電子束聚焦系統(tǒng)的供電系統(tǒng)的影響，結(jié)果表明與單線繞制螺線圈回路相比，雙線繞制螺線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;仿真研究了線圈激勵電流角頻率、陽極壁與徑向傳輸線的壁厚和電導(dǎo)率對螺線圈脈沖引導(dǎo)磁場的影響;在此基礎(chǔ)上對混合聚焦系統(tǒng)中的雙線繞制螺線圈進(jìn)行了綜合設(shè)計，螺線圈在通過最大電流時刻為1.099ms時產(chǎn)生引導(dǎo)電子束穩(wěn)定傳輸?shù)囊龑?dǎo)磁場，由于設(shè)計的螺線圈磁場的脈沖時間為ms量級，而同