【摘要】：高效率、高功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。由于徑向電子束具有較大的發(fā)射截面,在相同輸入電流的條件下其自身的束流密度和空間電荷效應較低,因此可以在較低的外加引導磁場強度的同時獲得較高的束波轉(zhuǎn)換效率,進而減小產(chǎn)生引導磁場的勵磁系統(tǒng)的功耗與重量,這有利于實現(xiàn)高功率微波源的小型化和高效率。高功率徑向電子束聚焦系統(tǒng)設計是徑向高功率微波源研制的關鍵問題之一,而目前關于高功率徑向電子束聚焦系統(tǒng)的研究相對較少。在此背景下,本文在已有研究的基礎上,對基于永磁體和螺線圈混合結(jié)構(gòu)的高功率徑向電子束聚焦系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計。論文的主要工作有:首先,介紹了徑向電子束混合聚焦系統(tǒng)設計的相關理論,包括徑向電子束空間電荷場分布的理論、浸沒式聚焦徑向電子束傳輸特性的基本原理、軸向磁場對浸沒式聚焦徑向電子束傳輸?shù)挠绊懸约奥菥�圈產(chǎn)生脈沖磁場的原理。然后,對高功率徑向電子束混合聚焦系統(tǒng)的磁場分布進行了優(yōu)化設計。采用浸沒式聚焦方式,仿真研究了在不同磁場分布下400kV、30kA徑向電子束穩(wěn)定傳輸?shù)氖壽E,根據(jù)電子束的束波動規(guī)律優(yōu)化了聚焦徑向電子束所需的磁場分布,研究了一對通以相反電流的螺線圈磁場分布和一對軸向磁化的永磁體磁場分布,在此基礎上設計了基于永磁體與螺線圈混合結(jié)構(gòu)的徑向電子束聚焦系統(tǒng)磁場分布。仿真結(jié)果表明混合聚焦系統(tǒng)磁場的軸向分量增加了電子束的束波動和減小了電子束的束寬度;400kV、30kA徑向電子束在設計的聚焦系統(tǒng)磁場下能以小波動穩(wěn)定傳輸。最后,對混合聚焦系統(tǒng)中的螺線圈進行了設計。分析了螺線圈的纏繞方式對徑向電子束聚焦系統(tǒng)的供電系統(tǒng)的影響,結(jié)果表明與單線繞制螺線圈回路相比,雙線繞制螺線圈回路脈沖電流前沿更短,脈沖電流寬度更窄,所需電容更小,更有利于徑向電子束聚焦系統(tǒng)的小型化;仿真研究了線圈激勵電流角頻率、陽極壁與徑向傳輸線的壁厚和電導率對螺線圈脈沖引導磁場的影響;在此基礎上對混合聚焦系統(tǒng)中的雙線繞制螺線圈進行了綜合設計,螺線圈在通過最大電流時刻為1.099ms時產(chǎn)生引導電子束穩(wěn)定傳輸?shù)囊龑Т艌?由于設計的螺線圈磁場的脈沖時間為ms量級,而同軸無箔二極管產(chǎn)生與傳輸電子束的時間為ns量級,因此在徑向電子束穩(wěn)定傳輸?shù)倪^程中,螺線圈引導磁場可視為穩(wěn)恒磁場,可保證電子束在設計的聚焦系統(tǒng)磁場中穩(wěn)定傳輸。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN015;TN101

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本文編號：2570739