考虑空间电荷梯度效应的静电电子回旋谐振脉塞的线性理论

本文给出了一个比较完整的关于静电电子回旋谐振脉塞的流体动力学线性理论,考虑了空间电荷梯度效应对静电电子回旋谐振脉塞不稳定性的影响.研究发现,空间电荷梯度效应主要对谐振点Ω=0附近的脉塞不稳定性产生影响.对 TE_(mn)工作模式,当 B_⊥较大时,空间电荷梯度效应对脉塞不稳定性的贡献将几乎与不考虑它存在时系统中的脉塞不稳定性相互抵消;当β_⊥较小时,空间电荷梯度效应成为系统中对脉塞不稳定性的主要贡献者.对于 TM_(mn)工作模式,研究发现,空间电荷梯度效应对系统中的脉塞不稳定性的贡献与不考虑它的存在时系统中的脉塞不稳定性,在β_″>k_″C/ω且 k_″>0时相互加强, 在β_″<β_″C/ω或β_″>k_″C/ω且 k_″<0时相互减弱.另外,在一定的工作参量条件下,空间电荷梯度效应也会成为系统中对 TM_(mn)模脉塞不稳定性的主要贡献者.最后,本文还发现,在考虑了空间电荷梯度效应后,如下的结论仍然成立:当电子注模Ω=0与冷波导模ω~2—k_″~2C^2—k_c^2C^2=0色散曲线相切时,只存在 TE_(mn)模脉塞不稳定性,而不存在 TM_(mn)模脉塞不稳定性.

静电电子回旋脉塞机理的实验验证

报道了由静电电子回旋谐振脉塞(EECRM)产生的受激辐射的首次实验验证。实验利用非圆轨道电子束与TEM模电磁场互作用,测得了辐射强度和工作频率的电压调谐曲线,确定了腔体工作模式及电子运动的工作谐波。实验结果与以往理论结果一致。

静电电子回旋脉塞与静电自由电子激光

笔者提出了静电电子回旋脉塞的概念,并在三位博士生的共同努力下,建立了静电电子回旋脉塞的线性及非线性理论。接着,笔者又提出利用静电回旋系统建立静电自由电子激光的概念(此种静电自由电子激光目前在国际上简称为Orbitron自由电子激光),随即又建立了这种自由电子激光的线性理论并进行了数值计算。 陈晓东、欧阳征标和硕士生徐晓曦在他们的学位论文中,完成了静电电子回旋脉塞机理的实验论证工作。实验结果和理论计算较好地相符。 上述一系列的工作均已得到国际的公认。本文就是这一系列工作的基本总结。

静电电子回旋脉塞的理论研究(英文)

本文报道了一种用于静电电子回旋脉塞研究的新方法.我们把引入的新函数称之为电子换能函数,对静电回旋行波管进行了分析.数值计算结果表明,在静电行波管中有角向群聚产生,并且在电子与高频场的互作用过程中,电子不仅将动能给予高频场,同时与高频场之间有势能交换.

离子通道电子束回旋脉塞的等离子体波效应

研究了离子通道回旋电子束脉塞(ICECM)中的等离子体波非线性效应。利用流体理论与自洽非线性理论方法对ICECM中等离子体波效应的微观机理进行了分析。研究发现,等离子体波加强了电子束的纵向群聚,束-波互作用的能量交换效率及系统增益得到明显提高。数值模拟计算表明,对于中等等离子体密度、1.5kA电流和1MV加速电压的电子束,系统能够获得的脉冲功率和频率分别为200MW和280GHz的毫米波束。

静电电子脉塞的受激辐射的实验研究

本文报道了静电电子回旋谐振脉塞产生受激辐射的首次实验验证。利用非圆轨道电子束与TEM模电磁场互作用,测得了辐射强度和工作频率的电压调谐曲线,确定了腔体工作模式和电子运动的工作谐波。实验实验结果与以往理论是一致的。

离子通道电子回旋脉塞中电子圆轨道的稳定性

利用流体理论研究离子通道电子回旋脉塞中相对论电子的三维扰动运动。结果表明，在电磁波作用下，沿离子通道运动的电子的初始螺旋轨道受扰动后，其在横平面的投影虽不是一标准圆，但只要参数的选取注意避开两个特殊奇点，其在相当长的时间内仍然被约束在一厚度不大的圆环内，并不发散。因此，可以认为电子轨道是稳定的。

角向驻波电子回旋脉塞的动力学理论

研究角向驻波电子回旋脉塞的动力学理论,给出了脉塞不稳定色散方程,并进行了讨论。文中分析指出,角向驻波由两个反向角向旋转波组成,右旋波产生右旋的回旋谐波,左旋波产生左旋的回旋谐波。结果指出,上述两个角向旋转波的波_电子注互作用有不同的效果。由此得出结论:在电子回旋脉塞的互作用中,角向驻波可能不能维持不变。

电子回旋脉塞器件发展现状评述

电子回旋脉塞器件是一种能够产生高功率、高频率的新型电真空器件,已被视为高功率毫米波、亚毫米波和太赫兹波的重要微波源,在军事、民用、工业和科研领域具有广阔的应用空间。本文对电子回旋脉塞器件的发展现状进行了重点综述,对面临的问题与发展方向作了简要评述。

电子回旋脉塞中相位俘获的数值分析

通过对柱型腔回旋管中电子与电磁波互作用自洽非线性方程组的数值计算 ,模拟出电子的相轨迹图 ,分析了与相位俘获有关的饱和现象 ,指出这种现象主要与波场幅值和互作用长度有关 。

外开槽同轴波导大轨道回旋自谐振脉塞放大器

运用大轨道电子束,对外开槽同轴波导回旋自谐振放大器进行了线性动力学理论分析和非线性自洽模型模拟。由线性动力学理论分析和非线性模拟得到的结果在线性增长部分吻合得很好。为了有效抑制绝对不稳定性,对电子束流的选择进行了讨论。计算结果表明:对于电压为700 kV,电流为100 A,电子束纵横向速度比为0.8的大轨道电子束,TE51外开槽同轴波导回旋自谐振脉塞放大器的峰值功率和峰值效率分别可以达到6.27 MW和8.96%。

静电回旋脉塞的理论分析

一、引言静电电子回旋谐振脉塞——EECRM,是1984年提出的,机理是在同轴波导系统中注入相对论或非相对论性回旋电子注,利用内外导体间的径向静电场约束电子回旋,使电子与同轴高频场(TE、TM或TEM模)发生同步互作用,产生相干辐射。EECRM具有可电压调谐、可工作于高次回旋模与非相对论状况下,去掉了静磁回旋管中的磁场等优点,在探索体积小、效率高的中小功率毫米波、亚毫米波波源提供了一条新途径。目前。

静电脉塞电子运动的稳定性

本文采用扰动方法分析了一种新的毫米波亚毫米波波源——静电电子回旋谐振脉塞(EECRM)系统中电子运动的稳定性问题。导出了系统中空间电荷场的分布,分析了电子稳态圆轨道在受到直流、交流空间电荷场影响时的稳定性,以及系统中存在的一类固有振荡特性和它的存在条件,求得了普遍条件下的色散方程并对其包含的不稳定点作了分析。

THz回旋自谐振脉塞多模束波互作用非线性模拟

为了有效分析模式竞争,建立了回旋自谐振脉塞(CARM)多模束波互作用自洽非线性理论模型,并具体模拟研究了工作模式为TM51、频率为0.35THz的高阶横磁模CARM中大轨道相对论电子束与多电磁模式的互作用过程。模拟结果表明:与回旋管不同,THz频段CARM可以有效工作于高阶TM模式,且具有较高的输出功率和增益;通过对工作参数的优化,可使工作模式的功率增长具有绝对优势,而竞争模式得到有效抑制;高阶TM模式THz频段CARM的性能对工作参数的变化十分敏感,在参数设计过程中必须对其进行多模束波互作用模拟分析。

电子迴旋脉塞研究的现状和展望

电子迴旋脉塞作为开拓毫米波、亚毫米波波谱的高功率相干辐射源,近年来研究工作十分活跃,取得了不少鼓舞人心的新进展。本文综述了迴旋单腔振荡器、迴旋管放大器、高次谐波迴旋管和强流相对论迴旋管等电子迴旋脉塞各类器件的研究现状,指出了一些技术关键问题及其解决措施,并展望了它的发展前景。

毫米波-太赫兹电子回旋器件的几个基础问题

探索和发展更高频率和更高功率水平的电磁波源是电子器件长期以来的重要发展方向.本文介绍了基于电子回旋脉塞原理发展起来的电子回旋器件,该类器件在毫米波-太赫兹波段具有高功率的优势.系统探讨了电子回旋器件所面临的欧姆损耗、模式竞争以及对强磁场的依赖性等几个基础问题,指出在深入研究模式竞争机理的基础上发展高阶模式和高次谐波系统将有助于推动电子回旋器件实现高功率、高效率和高稳定性,这对促进器件向太赫兹频段发展具有参考意义.

采用坡度磁场提高同轴腔电子回旋管的效率

通过选择适当电子初始的横纵向速度比,并引进坡度磁场的方法,来提高同轴腔电子回旋微波激射器效率。非线性模拟表明,用这种办法可以将德国卡尔斯鲁研究中心研制的同轴腔电子回旋微波激射振荡器的实验效率,从26.7%提高到31.5%。这种效率放大的物理机制是:坡度磁场改变了相对论电子的运动条件,有效地改善了波束互作用过程中电子的群聚状态,使电子束有更多的动能转换为电磁能,从而提高了电子束的换能效率。

静电迴旋单腔管起振电流和频率偏移的研究

本文从线性Vlasov-Maxwell方程出发,求得了具有纵向场分布sin k(?)z的静电单腔管的起振电流和频偏表达式,并进行了数值计算。

同轴腔电子回旋微波激射器电子效率的研究

通过非线性模拟计算同轴腔电子回旋微波激射器的电子效率,结果与德国卡尔斯鲁研究中心研制的同轴腔电子回旋微波激射振荡器的实验效率比较吻合,进而通过提高初始横纵向速率比和引入坡度磁场,使器件的电子效率从26.7％提高到34.6％。这种效率放大的物理机制是:坡度磁场改变了相对论电子的运动条件,有效地改善了波束互作用过程中电子的群聚状态,从而提高了电子束的换能效率。

静电电子回旋脉塞的动力学理论

本文从线性Vlasov-Maxwell方程出发,利用沿未扰轨道积分的方法,建立了同轴波导TE模、圆未扰平衡轨道静电电子回旋脉塞的动力学理论。研究表明:在静电电子回旋脉塞中,非相对论性回旋脉塞不稳定性与相对论性回旋脉塞不稳定性不仅可以同时存在,而且两者相互加强。文中给出了非相对论性静电电子回旋脉塞不稳定性发生的阈值条件以及不稳定性增长率公式。文中还对静电电子回旋脉塞和静磁电子回旋脉塞在群聚、负质量不稳定性等方面作了比较,阐明了这两种脉塞之间的异同之处。