Study on a 60 kV/5 A magnetron injection gun for 200 GHz electron cyclotron master

To develop 200 GHz electron cyclotron maser(ECM)in University of Electronic Science and Technology of China,a magnetron injection gun(MIG)with 60 kV/5 A has been designed.The behavior of the designed magnetron injection gun with variations of relevant parameters is given in detail by means of computer simulations.The preliminary and operation parameters of the gun are reported.The optimization by using the EGUN code shows that the ratio of the perpendicular velocity to the parallel velocity of the electron beam is 1.63,and the perpendicular and parallel velocities spread are 2.62%and 6.63%,respectively.

辐射型加热磁控注入电子枪温度均匀性和热形变分析

基于140 GHz兆瓦级回旋振荡器电子枪设计和研制,利用ANSYS热分析软件,建立相应的磁控注入电子枪模型,分析电子枪工作时阴极温度均匀性及热形变,尝试通过相关几何和电参数的调整,在改善阴极温度均匀性的基础上,尽可能消除热形变对电子轨迹质量的影响。通过对比相同加热功率下阴极发射带的实测温度及仿真温度,评价了仿真模型及结果的合理性,为阴极组件的实际设计提供了参考数据。

94 GHz单阳极磁控注入式电子枪初始参数设计

根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求,在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计,基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示:该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%,符合回旋振荡管对电子注的要求。

回旋管磁控注入电子枪的设计

以磁控注入电子枪的绝热压缩理论和角动量守恒关系为基础,编写了磁控注入电子枪的计算程序MGUN,利用该程序完成了一个输出功率为56 kW的W波段二次谐波回旋振荡管磁控注入电子枪的初步设计,利用EGUN对该磁控枪进行了研究,分析了空间电荷效应、双阳极间距、调制极电压、阴极的倾角及阴极磁场强度等因素对电子注性能的影响并对磁控枪进行了优化,结果显示:当电子注的加速电压为36 kV、工作电流为4 A时,电子注的横纵速度比α=1.5,横向速度离散Δv⊥/v⊥=2.4%。另外,文章还利用粒子模拟软件对EGUN的结果进行了验证,两种方法所得结果基本一致。

双注电子枪中最小二乘法拟合磁场的研究

用粒子仿真软件EGUN和MAGIC仿真电子枪时,需设置一组线圈来拟合磁控注入电子枪的磁场.为了提高设计效率,采用最小二乘法计算线圈参数,拟合电子枪磁场,计算结果用于34GHz双注磁控注入电子枪的仿真中,仿真结果表明:最小二乘法能够直接计算出拟合磁场的线圈组合,提高设计电子枪的效率;仿真的双注磁控注入电子枪电子速度零散小,横纵速度比适中,满足回旋管对电子枪的要求.

回旋速调管双阳极磁控注入电子枪的设计与优化

根据8 mm回旋速调管放大器对双阳极磁控注入电子枪的要求,分析了电极形状、阳极电压、磁场、注电流对电子注横纵速度比和速度零散的影响,并进行了粒子模拟。分析表明:这些因素可归根为电场和磁场的作用,阴极附近高的电场有助于提高横纵速度比和降低速度零散;而高的磁场及低的磁压缩比将降低横纵速度比,但对速度零散影响无明显规律。在此基础上通过优化电极形状、磁场分布、电流、第一阳极电压和第二阳极电压,模拟并试制出工作电压65 kV、电流12 A、磁场1.4 T的双阳极电子枪,得到的横纵速度比值为1.4,横向速度零散为4.5%,为8 mm回旋速调管提供了稳定高质量的电子注。

双注磁控注入电子枪

为了增加回旋管的功率,采用双注磁控注入电子枪产生相对论电子注。与双阳极磁控注入电子枪相比,双注磁控注入电子枪产生双束电子注,在不影响电子注质量的基础上,增加电子枪的电流;电子枪产生相同电流时,双注磁控注入电子枪电子注电流小,电子注电子之间的空间电荷效应小,能够降低电子注的速度零散,提高电子注的质量。采用MAGIC软件数值模拟双注磁控注入电子枪,设计出一支大束流、低速度零散的双注磁控注入电子枪。

回旋管双阳极磁控注入枪的边界元法计算

根据边界元法建立物理与数学模型,编制了计算磁控注入枪的程序。使用该程序设计和模拟一个工作在35 GHz,70 kV,10 A基波回旋行波管放大器的双阳极磁控注入枪,获得较好的模拟结果。并对电子注在不同工作电压和磁场下的质量进行了分析计算。计算表明,边界元法在分析回旋器件电子光学方面是一种非常有效的方法。

磁控注入电子枪的研究

介绍了毫米波回旋速调管磁控注入电子枪的结构与特点.依据回旋管对电子枪的要求,考虑相对论效应和空间电荷效应,编制了一套计算程序.利用电子枪模拟程序对电子轨迹进行模拟计算,研究了电极形状、磁场分布以及电子轨迹与电子注参量的影响,为磁控注入电子枪的设计提供了理论依据.

磁控注入电子枪低频振荡分析

电子枪低频振荡对电子注速度零散有很大的影响。本文对磁控注入电子枪中低频振荡现象进行了分析。通过理论分析简述了电子枪中低频振荡的形成过程以及束缚电子对电子枪区空间电势的影响。利用PIC(粒子模拟)编程分析了电子注电流对低频振荡的影响。提出了通过改变绝热压缩区的磁场分布,达到抑制低频振荡的目的。

170 GHz回旋管大束流双阳极磁控注入电子枪的分析及设计

基于绝热压缩原理和强流电子光学理论,设计了一只170GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪,经过理论分析及计算,采用仿真软件进行模拟和优化,最终得到的电子枪的电子注速度比为1.31,横向速度零散度为3.5%,纵向速度零散度为6.1%,束电流为51A。讨论了阴极磁场、控制阳极电压和第二阳极电压等因素对电子注性能的影响,发现电子注的速度比和速度零散度对这些影响因子的变化都非常敏感:随着阴极磁场的增大,电子注的速度比减小,纵向速度零散度先增大后减小,横向速度零散度先减小后增大;阳极角越接近阴极倾角,纵向速度零散度越小;阳极角向着减小阴阳极间距的方向变化时横向速度零散度变小;增大第一阳极电压可以增大电子注的速度比和电子注的速度零散度。在两阳极电压不变的情况下,增大阴阳极之间的距离会使电子注的速度零散度和电子注的速度比减小。

170GHz回旋管电子枪的设计

170 GHz回旋管是等离子体核聚变中电子回旋谐振加热的理想功率源,在功率上要求具有1 MW以上的输出功率。要产生这么大的输出功率,就需要具有足够大横向能量的电子注与高频场的横向电场进行互作用,因此要对电子枪进行专门的设计。利用绝热压缩理论及相关的仿真软件对双阳极磁控注入电子枪进行了设计,得到了较好的电子注参数。所设计的电子枪能在工作电压80 kV、工作电流40 A的条件下为170 GHz基波回旋管提供所需的回旋电子注,其引导中心半径为8.27 mm,横纵速度比1.5。

Ka波段二次谐波回旋行波管放大器的研究

二次谐波回旋行波管放大器的互作用磁场比基波回旋行波管放大器的磁场降低了一半,从而降低了设计难度,具有广阔的应用前景。通过对周期介质加载结构的Ka波段二次谐波回旋行波管电子枪、高频结构、模式竞争以及注波互作用研究,确定了Ka波段TE02模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数,通过PIC模拟计算,在电子注电压为90 kV,注电流为25 A时,获得了大于200 kW的输出功率,超过40 dB的增益。

高功率低速度零散单阳极磁控注入电子枪的研究

该文利用基于绝热压缩原理和角动量守恒理论的解析方程组,在对电子枪相关参量分析的基础上,研究一种阴极采用鼻状辅助聚焦极的单阳极磁控注入电子枪。通过电子光学软件EGUN-226对电子枪结构进行优化设计,比较分析了不同横纵速度比α对电子注轴向速度零散的影响。结果表明这种结构的电子枪可以适应比较大的电流应用。

170 GHz回旋管磁控注入电子枪的技术分析与设计研究

回旋管作为一种高频段的大功率源器件,特别适合用于热核聚变等离子体加热装置中。磁控注入电子枪作为其中的核心部件,所产生电子注的质量决定了整管的性能。本文回顾了回旋管磁控注入电子枪的概念及发展历程,分析了存在的问题,并给出了可能的技术途径。同时以1 MW、170GHz回旋管为例,较为详细地介绍了磁控注入电子枪的设计过程并给出了相应的设计结果:在加速电压80kV,电子注电流40A,工作磁场6.68T的条件下,获得的电子注横纵速度比为1.3,导引中心半径为7.4mm,速度零散为1.56%,满足注波互作用需求。

用于170GHz兆瓦级回旋管的倒置磁控注入电子枪的设计

兆瓦级太赫兹回旋管是热核聚变等离子体加热用电子回旋谐振加热系统最重要的功率源。磁控注入电子枪作为回旋管的重要部件之一,设计结果的好坏直接决定了整管的性能,但随着工作电流的增大,常规磁控注入电子枪出现了阴极发射电流受限以及电子截获等问题。为了克服上述问题,本文针对170GHz兆瓦级回旋管的工作参数需求,设计了一种倒置磁控注入电子枪。基于Egun和Opera-3D的仿真结果表明,所设计的倒置磁控注入电子枪可以解决阴极发射电流受限以及电子截获等问题,同时,在电子注加速电压80kV、电子注电流40A的条件下,电子注的导引中心半径为7.41mm,横纵速度比为1.3,速度零散为4.31%,完全满足注波互作用的要求。

利用边界元法设计回旋管单阳极磁控注入枪

利用边界元法编制了计算磁控注入枪的程序,并使用该程序设计和模拟一个工作在35 GHz,70 kV,10 A基波回旋放大器的单阳极磁控注入枪,得到较好的计算结果。并给出了工作电压、磁场分布对电子束性能的影响。结果表明,边界元法在分析磁控注入枪系统和回旋器件电子光学方面是一种非常有效的方法。

全三维35 GHz双阳极磁控注入式电子枪数值模拟研究

基于trade-off平衡方程组得到35GHz双阳极磁控注入式电子枪的初始参数,通过编程对其主要参数进行优化设计,并经由自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC中的电子枪计算模块对其进行全三维的数值模拟研究,最终获得了具有横纵速度比为1.5,最大速度零散约为5.4%的高性能电子枪,能够很好地满足35GHz-100kW回旋振荡管对电子束的要求。

回旋行波管收集极初始条件的研究

为了确定回旋行波管收集极入口的初始条件,利用CST2009模拟回旋行波管静态电子的运动轨迹,以3D模型,更直观、形象的显示出电子在回旋行波管中的运动轨迹。模拟计算表明,在电子注电压为70kV,电子注电流为10.4A,工作磁场为1.5T时,回旋行波管的电子注发射出的电子最终降落在收集极的530～700mm处。模拟结果为回旋行波管的设计和收集极的热分析提供了有效的依据。

双阳极回旋管磁控注入电子枪设计

对真实磁场进行拟合,根据电子光学原理以及绝热压缩理论,运用EGUN软件,设计了工作模式为TE34,19的170GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪。最终得到的电子注速度比约为1.3,速度零散小于3%。分析了调节磁场位置、阴阳极间距、阳极间距等因素对电子注性能的影响。结果表明:电子注的速度比和速度零散对于这些影响因子的变化比较敏感,随着阴阳极间距以及阳极间距的增加,速度比逐渐减小,速度零散先减小后增大。设计的双阳极电子枪已应用于整管实验中。