強(qiáng)流相對(duì)論電子束周期永磁聚焦系統(tǒng)的研究.pdf

1、高功率、高效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。高功率微波源在強(qiáng)流相對(duì)論電子束下運(yùn)行。聚焦系統(tǒng)是高功率微波源的重要組成部分，其體積、重量和能耗的優(yōu)化對(duì)高功率微波源的高功率和小型化發(fā)展具有重要的意義。在眾多的聚焦方式中，周期永磁(PPM，Periodic Permanent Magnets)聚焦具有重量輕、不消耗功率、雜散磁場(chǎng)小等優(yōu)點(diǎn)，滿足微波管體積小、重量小、能耗低的發(fā)展趨勢(shì)，因此強(qiáng)流相對(duì)論電子束PPM聚焦系統(tǒng)的研究具有重

2、要意義。本文即以強(qiáng)流相對(duì)論電子束PPM聚焦系統(tǒng)為研究對(duì)象，開(kāi)展強(qiáng)流相對(duì)論電子束在PPM中的運(yùn)動(dòng)特性的研究、產(chǎn)生電子束的皮爾斯電子槍的設(shè)計(jì)、PPM的設(shè)計(jì)和過(guò)渡區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)等，在保證電子束的通過(guò)率和降低波動(dòng)的同時(shí)，盡量減小系統(tǒng)的體積和重量。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴概述了強(qiáng)流相對(duì)論電子束PPM聚焦系統(tǒng)的研究背景和意義，介紹了周期永磁聚焦系統(tǒng)的相關(guān)理論，包括PPM聚焦電子束的理論、PPM的設(shè)計(jì)方法、磁場(chǎng)過(guò)渡區(qū)相關(guān)原理以及電子槍的理論基礎(chǔ)

3、等。⑵研究了強(qiáng)流相對(duì)論電子束在PPM聚焦系統(tǒng)中的傳輸特性。在相對(duì)論條件下考慮電子質(zhì)量變化和電子束自磁場(chǎng)，通過(guò)對(duì)最外層電子的受力分析，推導(dǎo)出強(qiáng)流相對(duì)論條件下電子束穩(wěn)定傳輸所需的PPM磁場(chǎng)峰值計(jì)算公式，得到在考慮相對(duì)論情況下，電子束的布里淵磁場(chǎng)的修正系數(shù)。同時(shí)對(duì)上述理論推導(dǎo)開(kāi)展了仿真研究，結(jié)果表明，電壓500 kV、電流3.6 kA的理想強(qiáng)流相對(duì)論電子束能在推導(dǎo)的1倍理論磁場(chǎng)峰值下穩(wěn)定傳輸，符合所得的磁場(chǎng)峰值與電流電壓關(guān)系，驗(yàn)證了理論分析的

4、正確性。⑶設(shè)計(jì)了強(qiáng)流相對(duì)論電子束PPM聚焦系統(tǒng)。研究在考慮電子束非層流性等實(shí)際情況下，磁場(chǎng)峰值的大小對(duì)電子束傳輸狀況的影響。使用修正的Vaughan迭代綜合法設(shè)計(jì)了皮爾斯電子槍，提供電子束，并與磁場(chǎng)峰值恒定的PPM建立起一體化仿真，結(jié)果表明當(dāng)磁場(chǎng)峰值為理論值的1.1倍時(shí)，電子束通過(guò)率為100％，幾乎無(wú)波動(dòng)。⑷通過(guò)對(duì)PPM過(guò)渡區(qū)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化了強(qiáng)流相對(duì)論電子束PPM聚焦系統(tǒng)。首先研究了磁場(chǎng)周期對(duì)于電子束波動(dòng)的影響，確定了周期的選擇原則，然