重复频率强流电子束的产生和传输实验研究

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1、!第!"卷!第#期强激光与粒子束$%&’!"!(%’#!!)**+年#月,-.,/0123456235(7/538-942:25;65<=’!)**+!文章编号!!!**!>#?))")**+#*#>*@*A>*+重复频率强流电子束的产生和传输实验研究"马乔生!!)!!张永辉!!)!!常安碧!!!甘延青!!!刘!忠!!!周传明?"!!中国工程物理研究院应用电子学研究所!四川绵阳@)!A**$)!中国工程物理研究院研究生部!北京!***BB$!?!中国工程物理研究院!四川绵阳@)!A**#!!摘!要!!电子束真空二极管重复频率运行时!它将表

2、现出与单次运行时不同的特点%在电子束产生过程中!屏蔽半径应尽可能地小!且击穿延时时间较短!故选择石墨作为阴极材料%实验结果表明&在重复频率运行时!当环型阴极环厚较薄时!阴极的发射电流密度较大!因此对阴极的加热效应也加强!等离子体的膨胀速度加快!从而使得二极管阻抗减小!最后几次输出的电子束的电流较大!而电压减小$当重复频率较高时!由于加热效应使得阴极等离子体膨胀速度加快!最后几个脉冲阴极发射能力增强!波形重复性变差$当引导磁场强度增大时!阴极等离子体受到较大的磁场力约束!横向膨胀速度减慢!从而使得电子发射面积减小!总发射电流减小!二极管的阻

3、抗增大%最后取引导磁场为!’+8!阴极环厚为!CC!得到重复频率!**,D’束压B)"E$’束流B’))E5’脉冲波形之间重复性很好的均匀电子束输出%!!关键词!!加速器$!强流电子束$!发射$!传输$!重复频率!!中图分类号!!8(!*!$0#@)!!!!文献标识码!!5!!高功率强流脉冲相对论电子束源是高功率微波源的重要组成部分!其中真空二极管是把脉冲形成线(!!))"/F4#提供的高压脉冲功率转换为有用的电子束的装置!在整个系统中起着关键作用%然而!当电子束真空二极管处于重复频率运行状态时!它将表现出与单次运行时一些不同的特点!如阴

4、极发射能力变化’所需磁场大小不同等%俄罗斯与美国的研究工作者凭借着强大的脉冲功率技术能力!对重复频率电子束二极管的特(?!+)(!!@)性进行了较为广泛和深入的研究%我们在这方面的工作尚处于探索阶段%本文将从实验上对重复频率强流电子束的产生和传输进行研究%"!系统简述!!该实验所用的加速器"图!#采用的是俄罗斯于)*世纪@*年代开始在8%CGE研制的6-(H6系列加速器的技术路线!它的特点是存储线和变压器一体化设计%和其它形式的设备相比!该系列加速器具有更紧凑’更(?)可靠和可以在重复频率模式下运行的特点%对不同类型的加速器!可以采用不同

5、类型的变压器!如8IG&J变压器’自耦变压器和线性变压器%为了让加速器更紧凑!变压器和同轴存储线通常被连接为一个结构单元!所以我们采用合并了两个谐振电路的8IG&J变压器%为了在第一个半波得到最高的峰值电压!将一个不闭合的(?)铁芯置入变压器中%这个思想是由2&KLJMNM%O提出的%通常!这样的变压器建在同轴形成线内!因为有一个很大的变比!因此使得采用低电压电容器和从供电线充电成为可能%FNP’!!6EIQKL%RQLIJKKI&I=JQ%="J#JMSQLIK%JTNJ&CJPMIQNKJ&&UNMGV&JQISSN%SI"W#图!!

6、加速器"J#和磁绝缘同轴二极管"W#结构示意图!!在这样的加速器中!平面二极管和磁绝缘同轴二极管都可以作为负载%平面二极管可用于激光泵浦’工业’辐射物理和辐射化学研究等!而磁绝缘同轴二极管可用于产生脉冲微波辐射!其几何结构如图!"W#所示!"收稿日期!)**#>*A>!+$!!修订日期!)**#>!)>!"基金项目!国家B@?计划项目资助课题作者简介!马乔生"!A"?*#!男!白族!博士生!主要从事高功率微波技术研究$绵阳A!A信箱!*!+分箱%.’%强激光与粒子束第’D卷该二极管的临界电流依赖于阴极与阳极变点之间的距离!!如果!"这里"

7、#"分别为阳极!"#!"#!"!""#!#%$&和阴极半径$#电流趋于$"!$"!$’’(%&%’!&%’’#%$"’$((!&)*""!’"#$式中(!’"%&($)!"(!’-$’’(%+’,()#&+%,’"’’())#是加在二极管上的加速电压)(和%分别是电子电荷和质量)&是光速!""式"’$首先没有考虑在爆炸发射过程中阴极等离子体的膨胀速度*#其次没有考虑由于等离子体在阴极表面发射中心的杂乱分布造成的发射过程不均匀这个事实!考虑阴极等离子体的膨胀时#通常在式"’$中用"#,*+代替"#!""在加速器的功率源上#在输出匹配阻抗为-

8、%!时获得.%%/*脉宽-%*0的输出!在实际应用中一般需要使用’%%!的磁绝缘同轴二极管#此时为不匹配输出!!"电子束的产生""对于重复频率电子束二极管#要求其脉冲与脉冲之间重复性好#并且阴