220ghz同轴腔回旋管研究

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1、电子科技大学硕士学位论文几秒。未来的等离子体装置要求的工作时间将为几分钟或更长，因此，将需要连续波回旋管。这类新装置的例子是已经设计的ITER托克马克，或者德国Greifswald建造中的仿星器w7．X【20’22】。中国自70年代末开始也一直在进行跟踪研究。特别是在电子科技大学的科研小组在回旋管方面进行了大量的研究，并在“九·五"科研计划中取得了世界领先的成果。其中以刘盛刚院士为主要学术带头人的科研组，更是对回旋管的理论研究工作做出了非常大的贡献，对回旋腔体器件的发展起到了非常大的促进作用。随着理论和实际工作的深入，回旋管的发展也经历了很大的变革，同时也给回旋器件的发展指明了方向，主

2、要有以下几个方面：一．高频高效高功率长脉冲回旋管二．低磁场回旋管三．高功率相对论回旋管此外，还发展了其它一些回旋振荡管品种。如为了工业与特殊应用需要，已研制出频率f>24GHz，功率10—50KW的连续波回旋管。为了测量与等离子体诊断需要而发展的频率非常高的亚毫米波回旋管。1．2同轴腔回旋管发展状况电子回旋脉塞的重要用途之一，是用于受控核聚变装置中的电子回旋谐振加热。对于这类装置，要求单管在毫米波段应有兆瓦级输出功率，而且多管并用。如此高的功率，必然在管壁产生大量的欧姆热耗，给器件散热降温带来很大困难，从而可能导致整管不能正常运行甚至遭到毁坏。目前有效的解决办法是采用大体积腔，以增加散

3、热面积。然而，大体积腔又带来了腔内本征频谱变密集，模式竞争激烈，工作模会受到竞争模严重干扰，可能使整管工作不稳定等新问题。同轴腔回旋管是最具前途的解决方案之一，见图1—1。由于同轴结构比相应管状结构具有更高的空间电荷限制电流，因此，同轴结构更有利于强流电子束微波管。同轴回旋管的更大电流传输能力可以提高电子束功率。实验表明，具有内导体时可以明显改善电流传输，这是因为对同轴几何结构给定磁场强度的电子束传输窗口较大。同时研究也表明内开槽波导结构中的场分布有利于电子束换能，使得场与电子束之间的耦合增强，互作用长度缩短，这一点也应用在了同轴腔体中，国外已有报道【11

4、，结构见图1．2。2第一章绪

5、论1．depressedcollectorl$DC}2．insulalor3．outpul硼嘲聃『4，phase棚棚》瞵叼rrd玎*爱驰asl·eJllp№mirror良laurmherw髓c

6、llt7．rmwlt懈uptaper8。涮lljfwt啦laperedand∞r蹦gatedInnerrod9。bBarn轴朋萌10．electron磐哪硼IhInner播口{IMI劭11．sc-magnet髓．．《S．钢图1．1带RF输出窗和降压收集极的同轴回旋管斟擞蜮嬲’。蠛b嘞4懒帅蝴a落rzcQco．gallono吩f酬嗽孰7s删螂和蝴蚴吩、＼6黔抵弋悯缸l≈》3蓦舷n▲≯鹾．Ⅻp蝴hd

7、=㈨黼a睡甲、薅‰∥图1．2同轴回旋腔体内开槽结构霉嚣逸哆h电子科技大学琰士学位论文德国卡尔瓤售研究中心霉zK)率先进行高模蠢轴腔回旋管的研制。将用于德国w7．X装置和荧、俄、日、欧共同体四方联合实验装置ITER之中。试验中，当工作模式为飓㈧工作频率为140GHz时，同轴腔回旋管的最大输出功率能达到1．5MW，同时效率高达27．2％；在以上基础上又做了内开槽波导同轴回旋振荡器实验，当工作模式为磁Ⅲ、工作频率为164．98GHz对，最大功率_为0。9MW，效率为28．2％。该项研究是欧洲聚变技术计划中的关键技术。同时希腊国立技术大学电子与计算机工程学校也做了类似方面的研究工作。f5】17

8、][8】【ll】1．3电子回旋脉塞原理电子回旋脉塞中，从电子枪出来的电子具有一定的初始旋转。在空心电子注内，每个电子都作一样的圈旋运动。如果不考虑相对论效应，则电子的回旋频率为：眈。：鱼(1-1)班O即是～个常数。而当考虑相对论效应时，回旋频率为：皱：—CO,—o(1-2)y式中y=(1一∥2)-；∥=羔’一由此霹见，能量大的电子y大，因两回旋频率减小；丽链量小靛电子y小，豳旋频率反而增大。因此，当电子与场交换能量时，由波场获得能量的电子，回旋频率减小，而能量交给波场的电子，网旋频率增大，与此同时，电子的回旋半径卷下式确定：誓=坠=』L(1-3)％(-Ocom0式中P上表示电子的横向动

9、量。由此可见，能量大的电子(因而动量也大)，回旋半径也大，而能量小的电子回旋半径也小。由此得出：把能量交给波场的电子，圆旋频率增大，圈旋半径减小；恧从波场中获得能量的电子，回旋频率减小，圈旋半径增大。电子与波互作用的结果，产生了电子的群聚，这种电子的群聚是由相对论效应而引起的。略去相对论效应，这种群聚就不存在了。4第一章绪论从而在条件适宜时整个电子注与场之间会出现净的能量交换。如果电磁波的频率略小于电子的回旋频率，整个电子的群聚块逐渐进入加速场