兆瓦级回旋管单级降压收集极横向磁扫描系统的仿真（英文）

对170 GHz兆瓦级回旋管单级降压收集极横向磁扫描系统进行了仿真.采用单级降压收集极一方面回收了废电子注的部分活跃能量同时提升总输出效率超过55%.横向磁扫描系统的引入扩展了废电子注轨迹长度至1100 mm,使收集极表面热耗散保持在技术允许范围内.此外仿真得到了扫描信号的调制深度以及横向线圈数的最优结果 38. 9%和6,以及可接受的最大平均功率值117. 1 W/cm~2.为了确保在实际工作中的安全性和可行性,设计了轴向开槽的收集极冷却系统,利用软件ANSYS开展了收集极的热和流体分析.得到收集极内外表面的最高温度各自为156. 09℃和140. 35℃.进水口和出水口的水温范围分别为20～26. 68℃和38. 01～58. 56℃.     

空间行波管多级降压收集极的设计和模拟

多级降压收集极被广泛地应用于空间行波管的设计中,本文介绍了一种四级降压收集极的设计和模拟方法。通过对某一空间行波管互作用后的废电子注信息进行分析,得到电子注在收集极的入口条件,并且根据电子注入口条件确定各电极的电位,用行波管模拟软件模拟废电子注在收集极内的发射情况,计算出收集极的效率,通过分析电子注粒子运行轨迹和能量分布,优化收集极边界条件和各电极电位设置,提高收集极效率,降低电子回流率。结果表明：利用此方法计算得到的收集极效率达到80%以上,该模拟分析方法对行波管收集极的研究设计具有参考价值。     

D波段行波管三级降压收集极的设计

效率是行波管(TWT)的重要技术指标,为提高某一0.22 THz折叠波导行波管的效率,需设计多级降压收集极。对注波互作用后的电子注信息进行分析,估算收集极效率最高时的电压设置。利用电磁仿真软件对三级降压收集极电极结构和电压设置进行仿真优化,得到效率大于87.5%,回流电流小于0.328 9 mA的轴对称三级降压收集极;在第二电极入口采用斜口结构进行仿真优化,得到回流电流小于0.075 mA的非轴对称三级降压收集极。结果表明,采用斜口结构可以有效降低0.22 THz行波管多级降压收集极的回流电流。     

耦合腔行波管电参量对降压收集极特性的影响

该文基于Orprogr软件,在X波段模拟设计出耦合腔行波管的期待电性能,并利用互作用后的电子注为入口条件,优化设计出收集效率大于71.5%、电子注着陆相对均匀的三级降压收集极。在上述条件下,讨论了电子进入收集极层流性(速度比)、电极形状、电极电压以及收集极内电场分布对电子运动的影响,从物理上给出了电子注在收集极表面着陆特点的详细分析。     

用于倍频程带宽、高性能行波管的小型、81～83.5％效率的2级和4级降压收集极

在美国空军(USAF)——国家航宇局(NASA)共同制定的规划中,Lewis研究中心正在进行电子对抗行波管效率的改进工作,它是通过采用多级降压收集极(MDC)以及在该中心所探索的对耗能电子注的再聚焦技术来实现的。在本规划的分析阶段,计算了整个行波管的三维电子注轨迹。轨迹计算一直到耗能电子注的再聚焦区和降压收集极。对收集极效率、收集极损耗和管子总效率进行了验证和计算。在实验工作方面,首先对不用多级降压收集极的管子性能进行估测,然后对耗能电子注的对称性、圆度和速度离散作了分析。最后,装上了多级降压收集极,使其性能最佳并进行了估测。对于理想的行波管,三维理论表明:具有对称、圆型并有最佳再聚焦电子注的2级多极降压收集极在中心频带有81％的效率(多级降压收集极),而4级多级降压收集极有85％的效率。实验结果所获得的数据表明:一个倍频程带宽——(4.8～9.6)千兆赫、功率为330～550瓦行波管的2级和4级降压收集极的最小多级降压收集极效率分别为81％和83％。     

W波段三次谐波回旋振荡管的模拟与设计

研究了影响毫米波谐波回旋管互作用效率的多个因素,通过采用三次谐波工作,94 GHz回旋管的工作磁场降低到了1.185 T,使采用永磁体取代超导磁体成为可能.利用自洽非线性计算和粒子模拟研究了回旋振荡管的注-波互作用过程,发现了腔体品质因数与互作用效率的内在联系,研究了工作电压和电子注横纵速率比对耦合强度的影响,考虑了磁场渐变及电子注速度离散对互作用效率的影响,通过选择合理的工作模式和系统参数,当工作电压为40 kV、工作电流为12 A、电子注横向速度离散为3%时获得了95 kW的输出功率及19.7%的效率.当采用单级降压收集极后,效率可以进一步提高到39.2%.     

用于线性注管的一种新型静电聚焦降压收集极

本文从理论上比较了可用于降压收集极的各种形式的减速静电场。不考虑空间电荷,聚焦场比散焦场有更高的收集极效率η收集极。在双曲线场这一特殊情况下,η收集极是电子注发散角、电子注直径和电子注初始能量的函数。η收集极随1)电子注发散角的减少,2)收集极尺寸与电子注直径之比的增加,3)电子注初始能量的增加和收集极级数增加而增加。实验研究了一种用于脉升比为8分贝的周期永磁聚焦高功率双模行波管的双曲线场型三级降压收集极。在50％、75％和100％的降压条件下,管子效率在低功率模式上为26％,而在高功率模式上为34％,相应的收集极效率为76％和71％。     

一支新型降压收集极栅控脉冲行波管

正 本文介绍一支新研制的X波段、降压收集极、栅控脉冲功率行波管。该管采用大电流密度钪酸盐阴极和小型化钐钴PPM聚集。利用切断慢波线缩短了管长、提高了增益。采用新型散热措施,在3％的工作比下,输出功率达到千瓦级。用单栅,栅丝直径为0.025 mm,其电流截获率约为10％。采用单级降压收集极,降压度40％。电子注动态流通率约为95％,图1为降压收集极的实验曲线。试验管用的是活动收集极,其轴向位置可     

多级降压收集极CAD中的二次电子发射模型

多级降压收集极被广泛应用于提高微波放大器件效率.多级降压收集极中的二次电子发射对其效率有重要影响.该文探讨了真二次电子、弹性反射电子、非弹性反射电子3种二次电子发射模型,对发射率、发射角度以及能量分布情况进行了深入分析,并对考虑二次电子后的收集极模拟计算收敛条件进行了讨论.上述结果在多级降压收集极CAD软件中得到应用,定量分析了其对多级降压收集极效率的影响.     

采用“磁脉冲挤压法”组合降压收集极的新工艺

微波管中收集极要受到电子轰击而发热,如果散热不及时,会出现收集极内表面熔蚀。收集极的散热问题、绝缘问题以及降压问题要同时考虑。 降压收集极组件如果装配不紧密,收集极散热的效果就变差,导致大量放气,整管寿命缩短;挤压过紧则容易使陶瓷材料断裂,导致收集极的绝缘、耐压性能变差。 我们试验30多次,运用国际上先进的磁脉冲挤压法技术,并成功组合各类降压收集极40只。采用这种新工艺完全能够解决降压收集极组合的问题。     

太赫兹二次谐波回旋振荡器时域多模分析

推导了时域多模公式并结合频域单模理论对394 GHz二次谐波回旋管进行了模式激励及模式互作用分析.当工作电压为15 kV,工作磁场为7.185 T,工作电流为0.25 A时,在频域单模稳态计算中TE_(261-)~2不能起振,工作模式TE_(261+)~2达到稳定振荡;时域多模仿真结果显示TE_(261+)~2和TE_(261-)~2均能在393.87 GH稳定振荡,TE_(261+)~2在最终振荡中占主导地位,其输出功率和效率分别为136.8 W、3.6%,两者获得的工作模式的输出特性完全吻合.     

表面微结构的高响应度Si基近红外光电探测器

为了使Si基光电探测器应用到近红外光波段,需要提升其对光的响应度。通过等离子体光刻在硅基光电探测器表面制备规则有序的微结构阵列,另外通过原子层沉积(ALD)在微结构表面生长一层Al_2O_3膜,研究它的抗反射和钝化作用。对比测量器件的表面反射率和I-V特性曲线,并计算器件在808 nm近红外光下的光响应度。通过计算发现器件的响应度由最初的0.063 A/W提高到0.83 A/W。     

Integrated Design of Undepressed Collector for Low Power Gyrotron

A 42 GHz, 200 kW continuous wave (CW) gyrotron, operating at TE₀₃ mode is under development for the electron cyclotron resonance plasma heating of the Indian TOKAMAK system. The gyrotron is made up of an undepressed collector. The undepressed collector is simple to design and cost effective. In this paper, a detailed design study of the undepressed collector for the 42 GHz gyrotron is presented. The EGUN code is used to analyze the spent electron beam trajectory for the maximum spread to reduce the power loading on the collector surface. To achieve wall loading ≤1 kW/cm², a collector with a length of 800 mm and a radius of 42.5 mm is designed. The design also includes the three magnet systems around the collector for maximum and uniform beam spread. The thermal and the structural analyses are done using the ANSYS code to optimize the collector structure and dimensions with tolerance.     

A depressed collector system for a quasi-optical gyrotron with precisely controlled magnetic flux lines

Design of a depressed collector system for a quasi-optical gyrotron, which had a severe constraint on the maximum allowable radius of the collector region is outlined. The needs for unwinding of spent beam and for energy sorting could be accommodated by precise control of the magnetic field profile, especially in the collector region. Techniques used for defining and obtaining such profiles; and for dovetailing the profile with the collector geometry are discussed. Results on profiles and electron trajectories are presented, which demonstrate the feasibility of the design. From primary electron trajectories a collector efficiency of up to 68% has been calculated for a three collector design.     

用于受控热核聚变的兆瓦级同轴腔回旋振荡器的注-波互作用分析

相对于高阶工作模式的单腔回旋管,同轴腔回旋管具有缓解模式竞争,提高单模工作的稳定性,以及增大功率容量的优点,宜用于受控热核聚变中的电子回旋共振加热和电子回旋电流驱动而受关注.详细地研究了工作频率为170 GHz,TE_(34,11),模同轴腔回旋管的结构参数、电子束参数及腔壁损耗对注-波互作用的影响.首先对170 GHz兆瓦级功率模式选择进行分析,给出了工作模式.再次,基于时域自洽非线性理论,编写了时域单模稳态注-波互作用程序,分析了电流、磁场强度和腔壁欧姆损耗对互作用的影响,并对工作参数进行了优化.模拟结果表明:当电子束电流为68 A,工作电压为65 kV,引导磁场强度为6.58 T时,可获得2.18 MW的输出功率,49.23%的效率,外腔壁上的欧姆损耗密度峰值为1.94 kW/cm~2,内导体表面的小于0.15 W/cm~2;互作用效率随速度零散增大而降低,输出频率向下偏移;电子注厚度对互作用也有相似的影响.     

Enhancement of overall efficiency of large-orbit gyrotrons

Energy recovery from the spent beam in gyrotrons can enhance their overall efficiency. A technique for converting the rotational motion in the spent beam of a large-orbit gyrotron into axial motion, before leading it into a retarding electrostatic field generated by depressed collectors is proposed. This involves passing the spent beam through a magnetic cusp. A proof-of-principle experiment has been performed which verifies the prediction regarding unwinding of the beam, and its collection at a depressed potential which is higher than would otherwise be possible. The experimental set-up and results are presented. A multi-stage depressed collector for a large-orbit gyrotron has also been designed. Primary electrons representing beamlets of a range of energy values are collected at different depressed potentials after energy sorting. Any turning around of primaries before collection has been eliminated and almost all the back-scattered electrons are re-absorbed either on the same collector or on an adjacent one. A collector efficiency of 70 to 80% has been estimated.     

Measurement of transverse velocity in electron beams emitted from axisymmetric electrode systems

Some general relations are derived for the transverse momentum and angular velocity of electrons and their guiding centres in axisymmetric systems with a radial electric field. Two methods are described for measurement of the transverse velocity of electrons ejected from a coaxial electrode system. The first method uses observations of the magnetic fields at which the outermost and innermost electrons are intercepted by an anode; a modified form of the trajectory equations of Kino and Taylor is then used to estimate the behaviour of the electron beam under operating conditions. The second method deduces the transverse velocity of electrons at any axial position at which the radial electric field is small, from observation of the maximum magnetic field which permits current to reach the collector. The potential depression and axial velocity for the desired operating conditions can also be deduced.     

太赫兹二次谐波回旋振荡管

针对应用于动态核极化核磁共振成像的太赫兹回旋振荡器管展开研究,采用相对论电子回旋脉塞非线性理论分析0.46 THz 回旋振荡管互作用系统的动力学行为,研究系统模式竞争问题。优化器件系统参数以获得较高的注-波能量转化效率。利用粒子模拟(PIC)方法验证非线性动力学研究结果,模拟结果显示当工作电压为12 kV、工作电流为0.24 A 时,输出功率和效率分别为173 W 和6%。若采用降压收集极后,则整管效率可进一步提高至14.4%。     

Transverse current rectification in a graphene-based superlattice

A model of the energy spectrum of a superlattice based on graphene overlying a substrate of periodically arranged layers of different insulators is proposed. For such a structure, the dc current component induced by an elliptically polarized electromagnetic wave and directed normally to the sweeping field is calculated. The dependence of the transverse current density on the strengths of the sweeping electric field and the elliptically polarized wave components is analyzed.