欢迎来到天天文库
浏览记录
ID:5326877
大小:442.80 KB
页数:7页
时间:2017-12-08
《周期会切磁场聚焦强流相对论带状电子束的理论分析和粒子模拟》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第22卷第10期强激光与粒子束Vo1.22,No.102010年1O月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSOct.。201O文章编号:1001—4322(2010)10—2425—07周期会切磁场聚焦强流相对论带状电子束的理论分析和粒子模拟杜广星,钱宝良(国防科学技术大学光电科学与工程学院,长沙410073)摘要:对低幅值、短周期、有偏置磁极的周期会切磁场中300keV,3kA带状电子束的传输进行了理论分析和粒子模拟。给出了将波导宽度考虑在内的轴向均匀带状电子束的空间电荷场和作用在有限厚度的带状电子束的短边和宽
2、边上的聚焦力的表达式,并利用束匹配的方法得到了磁场的幅值和周期,以及电子束通道的宽度和高度等参数。最后根据理论计算的结果进行了3维粒子模拟验证,结果表明:束宽边上聚焦良好,而在短边上带状电子束的轴向有限长效应使得聚焦力与散焦力沿轴向不能完全匹配,在束包络上产生了Betatron振荡,但在300mm的距离上传输效率仍能达到98以上,说明有偏置磁极的周期会切磁场聚焦强流带状电子束在理论上是可行的。关键词:高功率微波;偏置磁极周期会切磁场;强流相对论带状电子束;电子束传输中图分类号:TN125文献标志码:Adoi:10.3788/HPLPB
3、20102210.2425作为带状电子束相关研究的关键问题之一,带状电子束在周期磁场中的传输问题已有很多报道I。]。利用周期磁场代替轴向均匀场聚焦带状电子束可以有效抑制带状电子束因E×.B漂移导致的Diocotron不稳定性l8。,实现带状电子束的有效传输。常见的周期磁场有周期会切磁场(PCM)l】¨和Wiggler磁场口引,PCM场相对于Wiggler场有一定优势:PCM场聚焦的带状电子束具有更低的横向摇摆速度,可以有效地抑制自由电子激光(FEL)等高频不稳定性_6],同时有效降低横向速度的增长引起的轴向速度的波动,有利于实现带状电
4、子束的稳定和高效传输。强流相对论电子束因其高电流密度和高功率在高功率微波中有着广泛的应用,但其横截面大多为圆柱形和环形,要提高这些类型的电子束传输的电流以提高注入高功率微波管的功率,往往通过提高电流密度或采用过模结构微波管等方式来实现,在电流提高的幅度上受到一定的局限。带状电子束则可以通过其宽度(z方向)的扩展实现更大电流的传输而不需要增加电流密度,此外,通过宽度上的扩展还可以在一定程度上降低电流密度,提高电子束与微波器件中慢波结构的相互作用效率。但是据我们所知,国内外研究的带状电子束的电流大多在100mA至500A之间_1”],对强
5、流相对论带状电子束的研究鲜见报道。强流相对论带状电子束不但具有高功率、高电流密度的特点,还可以通过其宽边的扩展在更低的电流密度时传输更大的电流,有利于高功率微波管输出功率和束一波功率转换效率的提高,因此有必要对强流相对论带状电子束开展研究。本文根据本实验室的加速器平台的参数,对束能量300keV、电流3kA的带状电子束开展研究。首先利用束匹配[6。]的方法对强流相对论带状电子束在磁极偏置周期会切磁场中的传输进行了理论分析,分析中只考虑带状电子束自身产生的空间电荷场和宽边聚焦场分量B⋯在带状电子束横截面上的散焦作用,没有考虑应用中高功率
6、微波可能提供的背景电磁场的影响;并对偏置磁极周期会切磁场中强流相对论带状电子束的传输进行了粒子模拟验证。1带状电子束的空间电荷场对于束能量为300keV,电流I。===一3kA,电流密度.,。≥1kA/cm的强流相对论带状电子束,其空间电荷场对自身的散焦力是影响束传输的主要因素,因此本文暂不考虑发射度增长对束传输的影响。图1是矩形波导内带状电子束的横截面示意图。为了便于理论分析,假设带状电子束轴向无限长,其截面形状为2r×rb*收稿日期:2009—06—26;修订日期:2010-06—21基金项目:国家高技术发展计划项目作者简介:杜广
7、星(198O一),男,博士生,从事高功率微波发生器研究;guangxingdu@yahoo.corn.cn。强激光与粒子束第22卷的椭圆,其中ra和rb分别为该椭圆的长短半轴的长度,长短半轴分别位于坐标系的和Y轴上,并假设其横截面上的电流密度分布为均匀分布。矩形波导的宽度(方向)为n,高度(方向)为b,轴向同为无限长。由矩形波导内的格林函数㈧可以求得带状电子束自身的空间电荷场分布为姜瓣cos(kjy)cosh≥一z)]nh[(≥“lsin(kjyb)dx',r.<-z<号E(z,):—一,【£0rarbbe妻i“hJne’<『laex
8、hkj(b)dz一㈣—c。shkj(警+)]J_inh『(睾~~sin(kjyb)dx'J’、一薹c。shkj(专+z)]h[(睾
此文档下载收益归作者所有