论文部分内容阅读
在第二次世界大战爆发以后,一些广泛应用于军事领域的尖端技术得到了快速的发展,比如卫星通讯、太空探测、雷达对抗等新技术,各国科学家非常需要能够工作在高频率频段的高功率微波毫米波器件。经过各国科学家长期的研究,发现使用带状电子注的微波电真空器件能够工作在高频段并且产生高功率微波。相比于环形或圆形电子注,带状电子注有其自身突出的优点:首先,它尺寸小,承载电流大,能够输出高功率微波;其次,它的空间电荷效应小,对聚焦系统的磁场要求低;第三,使用带状电子注的微波管尺寸小,加工成本低,工作效率高等。带状电子注的稳定传输一直是困扰各国科学家的难题,如果带状电子注不聚焦,随着在微波管中传输一段距离后,它会分散成若干条细丝,这就是Diocotron不稳定性。
本论文所做的主要工作如下:
1、从麦克斯韦方程出发,对带状电子注在传输过程中产生的Diocotron不稳定性进行了分析,得到了Diocotron不稳定性的理论,并用MAGIC粒子模拟软件对带状电子注进行了模拟,观察到了Diocotron不稳定性。
2、使用周期永磁四极磁场即PPQM磁场来聚焦带状电子注,抑制其Diocotron不稳定性。首先从理论上分析了PPQM磁场的结构,PPQM磁场是由PCM磁场和PQM磁场组成的混合磁场,经过一系列的推导得到了PPQM磁场结构的理论表达式。随后,推导了单电子在PPQM磁场中运动的方程,并通过数值模拟得出了单电子运动的轨迹,并用MAGIC粒子模拟软件模拟了在不同峰值磁场下PPQM磁场对带状电子注的聚焦效果,最后得出选择合适的峰值磁场的PPQM磁场能够聚焦带状电子注。
3、使用PCM磁场和PPQM磁场组成的混合型磁场对带状电子注进行聚焦,带状电子注在由两种混合磁场中传输,采用MAGIC三维粒子模拟软件模拟了带状电子注在混合磁场中聚焦的效果,最后得出,当选择合适的峰值磁场时,用PCM磁场和PPQM磁场组成的混合型磁场能够聚焦带状电子注。
4、最后采用MAGIC三维粒子模拟软件,比较了同一种带状电子注分别在PCM、Wiggler和PPQM磁场中的传输特性,得出了在PCM、Wiggler和PPQM磁场中传输的优缺点。