強流相對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。高功率微波源在強流相對論電子束下運行。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、雜散磁場小等優(yōu)點，滿足微波管體積小、重量小、能耗低的發(fā)展趨勢，因此強流相對論電子束PPM聚焦系統(tǒng)的研究具有重

2、要意義。本文即以強流相對論電子束PPM聚焦系統(tǒng)為研究對象，開展強流相對論電子束在PPM中的運動特性的研究、產生電子束的皮爾斯電子槍的設計、PPM的設計和過渡區(qū)優(yōu)化設計等，在保證電子束的通過率和降低波動的同時，盡量減小系統(tǒng)的體積和重量。
　　本研究主要內容包括：⑴概述了強流相對論電子束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)的相關理論，包括PPM聚焦電子束的理論、PPM的設計方法、磁場過渡區(qū)相關原理以及電子槍的理論基礎

3、等。⑵研究了強流相對論電子束在PPM聚焦系統(tǒng)中的傳輸特性。在相對論條件下考慮電子質量變化和電子束自磁場，通過對最外層電子的受力分析，推導出強流相對論條件下電子束穩(wěn)定傳輸所需的PPM磁場峰值計算公式，得到在考慮相對論情況下，電子束的布里淵磁場的修正系數(shù)。同時對上述理論推導開展了仿真研究，結果表明，電壓500 kV、電流3.6 kA的理想強流相對論電子束能在推導的1倍理論磁場峰值下穩(wěn)定傳輸，符合所得的磁場峰值與電流電壓關系，驗證了理論分析的

4、正確性。⑶設計了強流相對論電子束PPM聚焦系統(tǒng)。研究在考慮電子束非層流性等實際情況下，磁場峰值的大小對電子束傳輸狀況的影響。使用修正的Vaughan迭代綜合法設計了皮爾斯電子槍，提供電子束，并與磁場峰值恒定的PPM建立起一體化仿真，結果表明當磁場峰值為理論值的1.1倍時，電子束通過率為100％，幾乎無波動。⑷通過對PPM過渡區(qū)磁場的設計優(yōu)化了強流相對論電子束PPM聚焦系統(tǒng)。首先研究了磁場周期對于電子束波動的影響，確定了周期的選擇原則，然