充中性气体相对论返波振荡器的粒子模拟研究

用PIC粒子模拟方法研究了充中性气体相对论返波管的物理机制 ,成功模拟了电子束碰撞充入返波管中的中性气体电离产生等离子体的过程 ,在电子束传输的路径上形成离子通道 ,有效中和电子束径向空间电荷力 ,有利于电子束的传输及束波相互作用产生微波。增加中性气体密度 ,返波管的输出频率明显上移 。

充中性气体RBWO中等离子体引起的脉冲缩短现象研究

针对严重制约强流加速器能量向高功率微波高效转化的脉冲缩短现象,设计了一种吉瓦级、紧凑型、同轴引出电子束相对论返波振荡器(RBWO),利用KARAT2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内部充中性气体时,碰撞电离所产生的等离子体对输出微波性能的影响,探讨了导致脉冲缩短的机制。模拟结果表明:充入一定浓度中性气体时,碰撞电离产生的等离子体在电子束传输的路径上形成离子通道,有效中和电子束径向空间电荷力,有利于电子束的传输及束-波作用,但必须控制在一定密度范围内,否则会引起输出微波脉冲缩短;等离子体密度随着充填中性气体密度的增加而增加,且与中性气体的核电荷数相关,等浓度时核电荷数大的气体更易导致输出微波脉冲缩短。