圆柱和平板磁绝缘传输线的横向空间电荷流

根据电磁场理论及电子运动守恒方程导出圆柱和平板传输线横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件。通过数值计算,给出了传输线的几何结构参数和电压分别与空间电荷流的关系。

圆锥磁绝缘传输线的横向空间电荷流

根据电磁场基本理论及电子运动守恒方程,导出圆锥传输线横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件。通过数值计算,讨论了电压及圆锥几何结构参数等对横向空间电荷流和磁绝缘性能的影响。电压较高时,无磁场的空间电荷流较大,而磁绝缘性能更好。在传输线的三个几何参数中,几何因子对传输性能影响最大。

四种磁绝缘传输线的横向空间电荷流

根据电磁场基本理论及电子运动守恒方程,导出平板、圆柱、圆锥和圆盘这4种常用传输线的横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件。通过数值模拟得到:传输线的电压越高,无磁场的横向空间电荷流越大,但是磁缘性能却越显著;若分别增大圆柱、圆锥的几何结构因子,既有助于减小它们的无磁场横向空间电荷流又有助于增强它们的磁绝缘性能;对于圆锥,若电极夹角较大,内电极的极角较小,则对减小无磁场空间电荷流和增强磁绝缘性也有一定好处。

四极管等效二极管空间电荷限制流研究进展

可持续绿色能源核聚变具有清洁环保、原料储量丰富、安全可靠、不产生核废料等优点,是解决未来能源及环境问题的重要选择。然而,实现受控核聚变并非易事,托卡马克是最有希望实现可控聚变能的磁约束装置。大功率真空发射管是托卡马克装置中的一个重要器件,其电流作为发射电子管极限参量和额定功率的一个重要指标,取决于发射管本身的结构、尺寸、材料等。由于四极管的结构和工作原理十分复杂,很难直接获得发射电流随其结构参数变化的情况。可先将四极管等效成二极管结构来探寻二极管空间电荷限制流随其几何结构变化的规律,从而为等离子体加热发射管(四极管)结构设计及优化提供理论参考和有效依据。对此,本文通过查阅相关文献和书籍,对二极管空间电荷限制流方面国内外的研究状况进行总结和分析,并展望了其发展趋势。

常用磁绝缘传输线的横向空间电荷流

根据电磁场基本理论及电子运动守恒方程，导出平板、圆柱、圆锥和圆盘四种常用传输线的横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件。通过数值模拟，初步得到传输线的横向空间电荷流与电压及几何结构参数等的相互关系，可作为工程设计的参考。

空间电荷限制流与传导电流的定量关系

从空间电荷限制流假设、Poisson方程及电子正则动量守恒关系出发,推导了平板形、同轴圆柱和共顶点同轴圆锥三种导体构形的空间电荷流随传导电流变化的广义Poisson方程,给出了求解方法及解的基本特征,分析比较了三种导体构形空间电荷限制流的基本性质。通过推导,计算和分析可得:各种电压条件下传导电流对空间电荷限制(SCL) 流的作用效果不一样,电压越高传导电流提高磁绝缘程度的作用越显著;当几何因子(即高阻抗)较小时其它两种导体的SCL流与平板形相差较大,几何因子较大时与平板形十分接近;同样电压条件下负极性的SCL流比平板形小、正极形正好相反,而相同几何因子条件下同轴圆筒的SCL流比共顶点同轴圆锥的小;在分析研究低阻抗MITL时,采用SCL流的平板近似不会带来大的误差。在描述时变脉冲作用于MITL时,可以通过对SCL流随电压、传导电流变化的曲面函数插值的方法确定各个时刻的磁绝缘状态。

求解三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷限制流

从Poisson方程及空间电荷限制流假设出发,推导了三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷流密度的一般方程,给出了求解方法及解的基本特征、平板形阳极空间电荷限制流的具体表达式,研究了同轴圆筒形及共顶点同轴圆锥形导体空间电荷限制流关系表达式的极性效应、空间电荷密度及电场分布。

轴对称平板二极管空间电荷限制流的2维效应

应用精度较高的体积加权电荷、电流分配模型,对轴对称平板二极管的空间电荷限制流2维效应进行了粒子模拟研究。选取电压分别为100kV和1MV两种情况,对空间电荷限制流受二极管尺寸影响的规律进行了模拟。模拟结果表明,2维效应使空间电荷限制流密度随二极管形状因子(阴极发射半径与阴阳极间隙的比值)的减小而增大,且受相对论效应的影响不明显。经数值拟合得到了空间电荷限制流2维效应与形状因子相关的二阶经验公式,其一阶系数与一阶理论结果基本一致,约为1/4。

轴对称真空二极管空间电荷限制流

基于ArcPIC代码采用PIC-MCC方法,模拟研究了轴对称真空二极管放电时电子密度和阴极表面场强分布情况,同时给出了二维空间电荷限制流的一阶和二阶拟合公式。研究发现,真空二极管放电时阴极表面电场会随阴极注入电流密度的增加而增加,而后出现振荡并趋于一个稳定状态;二维空间电荷限制流密度值随阴极发射半径的增大而减小,且阴极发射半径越大越接近一维空间电荷限制流值。

离子初始能量及其对二极管空间电荷限制流的影响

给出了双向流二极管中阳极发射离子获得初始能量的几种方法,从理论上研究了离子初始能量对二极管内空间电荷限制电子电流、离子电流的影响,并与离子初始能量为0情况下的空间电荷限制电子电流、离子电流进行了比较。

库仑定理导出的2维空间电荷限制流一级近似公式

为了准确计算空间电荷效应,从库仑定律和电流连续性方程出发,通过求解带电粒子群在空间某点产生的电场,再考虑到一系列合理的近似,最后得到了轴对称圆柱导体构形的空间电荷限制流的2维一级近似公式,结果显示,对于有限平面的电荷限制流大于经典1维限制流。

圆柱和平板磁绝缘传输线的横向空间电荷流

根据电磁场理论及电子运动守恒方程导出传输线横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件，对圆柱和平板情况进行了计算和讨论。

求解三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷限制流

在无横向磁场作用下，真空中损失到金属导体阳极表面的空间电荷限制（SCL）流将达到最大。在无限大平板构形导体中，这个最大的SCL流只与阴阳极电压和间距相关；而对于在磁绝缘传输线（MITL）中广泛应用的同轴圆筒和共顶点同轴圆锥构形，其最大SCL流还与导体的几何因子及极性参量有关。研究这3种典型构形的最大SCL流，是研究横向磁场对SCL流影响规律的起点，是设计同类MITL构形的基础。

磁绝缘传输线电流损失的计算方法

磁绝缘传输线电流损失的计算方法是丝阵Z箍缩电路模拟的关键问题之一。以传输线模拟方法TLCODE为基础,将磁绝缘传输线分成若干段有损传输线单元,每个单元由一段无损传输线及一个对地损失电阻组成,根据磁绝缘准则判断单元的磁绝缘状况,磁绝缘形成之前损失电流由空间电荷限制流与传导电流的定量关系来计算,磁绝缘形成之后则根据阻抗匹配关系及流动阻抗模型来计算;同时将丝阵负载内爆动力学方程与TLCODE表达式、流动阻抗方程进行耦合,可求解磁绝缘传输线、丝阵负载在电压脉冲作用下全时空域的动态响应特性。

箔聚焦强流相对论环形束在同轴波导中的传输

结合箔聚焦和静电线聚焦的特点,对箔聚焦强流相对论环形电子束在同轴波导中的传输进行了研究。通过数值求解电势满足的泊松方程,得到电势、电场分布及系统的空间电荷限制流,并根据电子的运动方程得到包络电子的平衡条件及其运动轨迹。

强流相对论多注电子束的引出与传输技术研究

相对论速调管放大器（RKA）是一种高效率、相位和幅度稳定的高功率微波器件，在高能粒子加速器、高功率雷达、新型通信系统等方面有重要的应用前景。RKA的工作电压一般为几百kV，束流为数kA。但是，束流较大导致空间电荷效应较强，限制了效率的提高。同时由于空心漂移管的空间电荷限制流较小，限制了束流的进一步增大，阻碍TRKA~更高功率和更高频率方向发展。

4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型

根据磁绝缘特征将PBFAZ加速器的 4层圆盘锥形磁绝缘传输线结构分成几段串联的集中电感 ,结合磁绝缘临界电流、空间电荷限制流、Mendel磁压力平衡及丝阵内爆动力学等计算模型 ,并引入主要的结构参数 ,建立 4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型 ,模型计算结果与实验结果、其它模型计算结果符合较好 。

同轴慢波结构相对论高功率微波产生器理论分析

推导了同轴波导的空间电荷限制流,其值大于圆波导的空间电荷限制流。因此在阴极电势和束流相等的情况下,同轴波导中的束流具有更高的动能,同轴器件有可能获得更高的微波转换效率。理论推导出同轴慢波结构中考虑束流空间电荷影响的色散方程,利用Matlab进行了编程求解。不考虑束流空间电荷影响时,编程计算结果与Superfish模拟结果一致。由考虑束流空间电荷影响的色散方程数值计算结果,可知文献中提出的同轴慢波结构相对论高功率微波产生器工作在准TEM模的π模,频率为7.67 GHz,峰值时间增长率较高,电子束损失的能量与其初始能量之比为34%。这些结果均与文献中的数值模拟结果一致。同时理论分析说明该种器件无论在能量转换效率,还是在产生微波脉冲的上升时间上均具有优势。

同轴Vircator的理论与数值模拟

用格林函数法导出同轴Vircator漂移区间的空间电荷限制流。由相对论流体理论分析同轴Vircator的二维特性，导出阳极附近径向电流的表达式和电子注等离子体振荡频率，理论计算与粒子模拟结果吻合很好。用MAGIC程序计算新型同轴Vircator，得到输出功率、功率的频谱以及阳极区电流等，在0．6MVT，得到GW级的输出，微波产生效率为14．30%。

等离子体密度对预充等离子体阳极杆箍缩二极管工作特性的影响

阳极杆箍缩二极管产生的X射线焦斑小,达亚mm量级,且焦斑位置稳定,是一种理想的闪光X射线照相加速器二极管.但是,由于其工作阻抗较高(约40～60 Ω),导致无法与大电流低阻抗的脉冲功率源匹配.通过预先向二极管中注入等离子体,可以降低二极管最初工作阶段的阻抗,实现与低阻抗驱动源的匹配.预充等离子体的密度直接影响二极管的工作状态,特别是对等离子体鞘层和空间电荷限制流的形成具有较大影响.采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对预充等离子体阳极杆箍缩二极管的工作过程和等离子体密度对二极管的电子束箍缩特性进行了分析,结合“剑光一号”加速器水线输出参数(峰值电压为1 MV),给出了合适的预充等离子体的密度范围为1015～1016 cm-3.