在受控核聚變能源方面,為實現(xiàn)聚變的點火,就需要使等離子體溫度提高到10千電子伏以上,而波加熱是等離子體加熱（plasma heating）的一種很重要的方法,其中回旋管便可以提供高頻率和高功率的電磁波,因此在國際核聚變反應堆（ITER）的推動之下,相關頻率如110GHz,140GHz,170GHz的得到了長足的發(fā)展。而本文也主要以初步模擬設計170GHz的高功率漸變復合腔回旋振蕩管做如下安排:（1）介紹回旋管的基本原理,針對170ghz的回旋管介紹其發(fā)展情況,并描述其主要技術問題。（2）針對漸變復合腔中的場分布求解及模擬,結合模式耦合理論通過傳輸線方程對170GHz漸變復合腔回旋管的高頻特性進行模擬研究并分析設計回旋管初步冷腔尺寸。（3）為分析其注波互作用,首先通過線性（小信號）理論對回旋管的工作參數(shù)進行初步分析,再聯(lián)立求解相對論電子運動方程和有源麥克斯韋方程組建立注波互作用的自洽非線性理論的數(shù)學描述,再結合此通過數(shù)值模擬仿真對電子電壓,電流,磁場和主要結構參數(shù)對注波互作用的效率及場分布進行了分析;最后確定了腔體各項參數(shù)。 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

回旋管用于ECRH示意圖

第一章緒論3場在變化處會發(fā)生反射從而產(chǎn)生振蕩，并且在互作用腔的電子入射端一般設計要對產(chǎn)生的特定模式的諧振電磁波截止而在電子輸出端以行波輸出，因此互作用腔是駐波與行波共同存在的一種開放式諧振腔；在互作用腔區(qū)有恒定的磁場B，這里的恒定是指時間恒定而非空間，但在互作用腔的均勻段一般也是空間恒定的磁場，這磁場可由永磁體或超導磁體提供，其作用是維持電子在一定頻率的回旋運動，并在互作用腔的行波輸出端使電子回旋與互作用場失諧。在考慮了相對論因子后我們可以給出電子在磁場中的回旋頻率c和回旋半徑cr：00c1cBmeBme（1-1）00crcccrvv（1-2）其中2-11/是相對論因子，cv/，v是電子的和速度即橫向與縱向速度的矢量和，c為真空光速�？梢钥吹疆旊娮铀俣葀越大，相對論因子越大，電子回旋頻率越小，其回旋半徑cr越大，反之電子速度v越小，相對論因子越小，電子回旋頻率越大，其回旋半徑cr越小，這是不同于牛頓經(jīng)典力學的地方，也是電子能產(chǎn)生群聚的關鍵之處；為更簡單形象的描述電子如何在場中運動的，如圖1-2以互作用腔中已經(jīng)穩(wěn)定存在TE0N模式的電磁波來討論，其中最小圓為從橫向看電子的回旋運動軌跡，我們放大其運動軌跡如圖1-3，圖1-2回旋電子與場的橫向示意圖

電子科技大學碩士學位論文4我們以時鐘順序1—8標號電子并且電子旋轉方向為順時針，而電場方向此時也為順時針，此時電子1，2，8處于減速區(qū)，4，5，6處于加速區(qū)，由前面對單個電子運動狀態(tài)的分析可以知道，處于減速區(qū)的電子回旋半徑將減小而回旋頻率將增加，同理加速區(qū)的電子回旋半徑增大的同時回旋頻率減小，即從角向來看減速區(qū)與加速區(qū)的電子都將向3號電子靠近，如果電子的回旋頻率與電場的頻率想接近，減速區(qū)的電子將一直處于減速區(qū)，加速區(qū)的電子也將一直處于加速區(qū)，則電子將持續(xù)以3號電子為中心靠近，這就是回旋電子在考慮相對論效應時才會產(chǎn)生的角向群聚。圖1-3電子角向群聚示意圖但值得注意的是如果電子回旋頻率c與場的頻率相等，則電子的群聚中心將在減速區(qū)進入加速區(qū)的小范圍內振蕩，從平均來看則一直處于3號電子處，即電子雖然群聚但卻不存在與場的凈能量的交換，所以一般要求場的頻率略大于電子回旋頻率，這樣在每一個電子周期內，場的相位都將超前一點，電子群聚中心就落在了減速區(qū)內從而實現(xiàn)了凈能量交換。下圖便是電子整個運動狀態(tài)的示意。圖1-4電子運動示意圖

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]8mm回旋速調管的模擬設計與實驗[J]. 喻勝,牛新建,李宏福,趙青,羅勇,鄧學,徐勇,王暉,謝仲憐,王麗,劉迎輝,楊鳴.  電子學報. 2006(S1)
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博士論文
[1]高階模THz電子回旋脈塞注波互作用研究[D]. 趙其祥.電子科技大學 2018
[2]腔體回旋脈塞器件的研究[D]. 喻勝.電子科技大學 2002

碩士論文
[1]0.42THz大功率回旋管的模擬分析與設計[D]. 李凱.電子科技大學 2014



本文編號：3375088