【摘要】：強(qiáng)流直線感應(yīng)電子加速器在國防應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要的地位,而束流品質(zhì)是強(qiáng)流直線感應(yīng)加速器的重要指標(biāo)之一。一定程度上,束流的半徑和發(fā)射度直接決定了束流的品質(zhì),如何準(zhǔn)確快捷的診斷出束流半徑和發(fā)射度就變得十分必要。目前應(yīng)用在強(qiáng)流直線感應(yīng)電子加速器上的束流診斷技術(shù)大多是基于光學(xué)原理,且為截斷式,診斷效率不是很高。本論文基于電子束流在螺線管磁場中的動力學(xué)特性,通過對束流自身的電磁場的測量,首次提出一種雙線圈束流診斷結(jié)構(gòu)(反磁回路束流診斷結(jié)構(gòu))。這種診斷方式可以實現(xiàn)嚴(yán)格意義下的在線束流診斷,即不破壞真空環(huán)境且不破壞束流。本工作從原理、有限元模擬仿真和實驗三個角度證實了該方法的可行性。當(dāng)電子束流通過螺線管線圈磁場傳輸時,由于存在一定的橫向速度分量,會發(fā)生旋轉(zhuǎn),這種旋轉(zhuǎn)會引入一個軸向磁場。軸向磁場的引入會在反磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢信號(差模信號),該信號的大小與束流半徑和密度分布直接相關(guān)。與此同時,電子束流的電場也會在反磁線圈中感應(yīng)出信號(共模信號)。當(dāng)兩個反磁線圈的接地方向相反時,軸線磁場在線圈中的感應(yīng)電動勢發(fā)生反轉(zhuǎn),而電場感應(yīng)出的信號方向不變。因此,兩個線圈的信號差反映的是軸向磁場信息,兩個線圈的信號和反映的是電場信息。從軸向磁場信息可以反推出束流半徑,甚至束流的密度分布;從電場信息可以反推出束流強(qiáng)度。有限元模擬部分主要從頻域?qū)Ψ创呕芈诽筋^進(jìn)行模擬。用平面波模擬束流通過時的軸向電磁場,各個端口均為同軸端口,且為電邊界條件;用不同半徑條件下的理想導(dǎo)體螺旋線模擬不同情況下的束流。通過分析發(fā)現(xiàn),在低頻條件下,差模信號與頻率成線性關(guān)系,且隨著頻率增加有自積分現(xiàn)象;共模信號與頻率成二次方關(guān)系;共模信號比差模信號大一個數(shù)量級。同時計算出不同狀態(tài)下,反磁回路探頭在10MHz時的靈敏度因子。實驗上使用與軸向B-dot相同的平臺,用不同直徑和螺距的螺旋桿模擬不同狀態(tài)線的束流,螺旋桿由八根2mm的銅絲構(gòu)成。反磁回路探頭的兩個接地方向相反的線圈放置在厚度為6mm的PCB板上,采用i-pex同軸連接頭。實驗中提出與軸向B-dot探頭類似的等效電路。分別用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和示波器對各個情況進(jìn)行頻域和時域測量。結(jié)果顯示,頻域上得到的結(jié)果與有限元模擬的結(jié)果符合的很好,通過相位擬合的方法獲得等效電路中的電參數(shù);時域上,分析了直桿情況下信號一致性問題,并對原有探頭結(jié)構(gòu)做了優(yōu)化,信號的一致性從94%提高到99%;反推出的模擬桿的半徑,誤差在1mm以內(nèi)。論文最后給出該結(jié)構(gòu)在“神龍二號”上束流半徑的測量方案和測量結(jié)果,以及采用修正三梯度法測量束流發(fā)射度的實驗方案和測量結(jié)果。結(jié)果顯示反磁回路探測結(jié)構(gòu)在強(qiáng)流直線感應(yīng)加速器束流診斷中可行,且測量操作簡單,效率高。本文的創(chuàng)新點在于:提出雙線圈反磁回路探測結(jié)構(gòu),并對該結(jié)構(gòu)從理論、模擬和實驗三個角度進(jìn)行了充分研究,明確了該結(jié)構(gòu)在強(qiáng)流束流診斷中的應(yīng)用價值;首次使用該方法測量得到“神龍二號”上束流的發(fā)射度。
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TL53
【圖文】：

束流本身并沒有明確的空間界限，這給束流診斷帶來了困難。大量實驗證明，逡逑束流密度分布類似于高斯分布逡逑１邋＿邋0２逡逑戶（Ｒ）邋＝邐■＝＝邋ｅｘｐ（——－）邐（１．２）逡逑其中Ｐ（Ｒ）為束流的概率密度函數(shù)，Ａ為束流半徑，％為束流的均方根半徑。采逡逑用反磁回路方法獲得的束流半徑等效為束流的均方根半徑。當(dāng)束流半徑為均方根逡逑半徑時，束流密度為逡逑２邋１逡逑Ｐ｛｜邐｜＜邋ｃｔＪ邋＝邐［邋ｅ＾ｄｔ邋－邋０．邋６８３邐（１．３）逡逑＾邋Ｊｏ逡逑對應(yīng)包含束流的概率為逡逑Ｐ｛邋＼邋Ｒ邋＼＜邋ｃｒＲ｝２邋＝邋０．邋４６６邐（１．４）逡逑還有一種分布比較接近束流密度分布，即本涅特分布。該分部概率密度函數(shù)逡逑如式（１．５）所示，逡逑ｐ（Ｆ）邋＝邋—邋（１邋＋邋＾７邋ｒ２邐（１．５）逡逑該分部與高斯分布有些相似，但是其半高寬比高斯分布小，底寬比高斯分布大，逡逑如圖１．２和圖１．３所示。逡逑。上邐邐Ｂｅｎｎｅｔｔ邋ｃｔｓｔｒｉｂｉｉｏｎ邐邐Ｂｅｍｅｔｌ邋ＯｓｂｉｂｕｉＤｎ逡逑——Ｇａｕｓｓ邋ｄｉｓｔｒｂｕｌｉａｎ邐邐Ｇａｕｓｓ邋ａｓｔｒｉｔｕｔｌｏｎ逡逑

起始板為多孔板，上面均勻分布的小孔，孔間距己知。離多孔板Ｌ處面對多孔板逡逑放置末端板，其背面鍍上一層熒光材料。實驗布局示意圖和原理示意圖分別為圖逡逑１．邋２和圖１．邋３所示。逡逑：邐ｉ逡逑＿＿邐邐Ａ邐邐邋ｘ．，逡逑馬幻—＿＼丨逡逑＼ｉ邋＼ｉ邋ｈ邋ｉｙ邋１１逡逑８邋－逡逑－—－Ｃｌ逡逑圖１．２多孔板照相法實驗布局示意圖逡逑１－螺線管；２－監(jiān)測束位置電阻；３－多孔板；４－末端板；５－熒光屏；６－反射鏡；７－逡逑有機(jī)玻璃；８－相機(jī)。逡逑－４－逡逑

—－Ｃｌ逡逑圖１．２多孔板照相法實驗布局示意圖逡逑１－螺線管；２－監(jiān)測束位置電阻；３－多孔板；４－末端板；５－熒光屏；６－反射鏡；７－逡逑有機(jī)玻璃；８－相機(jī)。逡逑－４－逡逑

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本文編號：2765639