一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法技术

本发明专利技术为一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法，即在圆柱漂移管z0≤z≤z1范围内，施加沿‑r方向的径向电场，在均匀磁场的约束下，电子进行拉莫尔回旋运动，经过施加局部电场的区域时，径向电场对电子做功以改变电子束径向振荡，当电子进入局部电场区域时处于径向振荡的峰值附近，且离开局部电场区域时处于径向振荡的谷值附近时，沿‑r方向的径向电场会对电子做负功，从而减小电子束的横向动量，最终达到抑制电子束径向振荡的目的。

A Method of Suppressing Radial Oscillation of Electron Beam by Applying Local Electric Field

The present invention provides a method for suppressing the radial oscillation of electron beam by applying local electric field, that is, applying radial electric field along r direction in the range of cylindrical drift tube Z0 < Z < z1, under the restraint of uniform magnetic field, the electrons carry out Lamorr cyclotron motion, and when passing through the region where local electric field is applied, the radial electric field works on the electrons to change the radial oscillation of electron beam, when the electrons enter the local electric field. When the region is near the peak value of the radial oscillation and the valley value of the radial oscillation when leaving the local electric field region, the radial electric field along the R direction will do negative work to the electrons, thus reducing the transverse momentum of the electron beam, and ultimately achieving the purpose of restraining the radial oscillation of the electron beam.

【技术实现步骤摘要】
一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法
本专利技术属于束流传输
，涉及一种在圆柱漂移管中施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法。
技术介绍
在低引导磁场条件下，电子束在圆柱漂移管中沿轴向传输时因其存在横向动量而会产生明显的径向振荡。当径向振荡幅度较大时，电子束可能轰击漂移管管壁，造成束流损失。这种现象在低磁场O型高功率微波产生器件中经常发生，轰击在产生器件管壁上的电子引发强电磁场真空击穿，甚至导致管壁出现明显损伤，严重影响产生器件的正常工作。采用合适的方法减小低磁场漂移管中电子束的横向动量，进而抑制电子束径向振荡，有助于缓解上述问题，为低磁场O型高功率微波产生器件的高效稳定工作提供技术支撑。目前，国内外关于低引导磁场条件下漂移管中电子束的传输特性进行了大量的研究。1981年，A.T.Drobot等人研究了漂移管中横向速度对束流传输的影响(A.T.Drobot,etal.InternationalJournalofElectronics,1981,51:354)。1989年，高能电子研究所的王平山等人基于无限长漂移管假设，研究了薄环形电子束的运动轨迹，在零阶近似条件下，得到电子的快速回旋运动为绕引导中心的拉莫尔回旋运动，电子径向振荡幅度与磁场强度呈一次反比关系(王平山,等.电子科技大学学报,1989,18:326)。2013年，西北核技术研究所的谭维兵在考虑电子束自电磁场的情况下，对漂移管中束包络边界上的电子运动进行了理论研究，得到了电子束径向振荡幅度的理论表达式(谭维兵,西北核技术研究所硕士学位论文,2013)。这些成果为研究低磁场漂移管中电子束径向振荡抑制方法提供了基本依据。从漂移管本身的角度上说，现有的抑制电子束径向振荡的方法主要包括以下几种。一是在漂移管前端或者内部适当位置设置阳极箔，在一定程度上实现对电子束的聚焦(林远超,等.强激光与粒子束,2009,21:875；E.M.Totmeninov,etal.IEEETrans.PlasmaSci.2011,39:1150；JunpuLing,etal.Phys.Plasmas2014,21:023114)。但阳极箔在电子束轰击下可能发生破坏，并容易导致束流损失，因此其并未得到广泛应用。二是在漂移管区施加渐减的引导磁场(杨建华,国防科学技术大学博士学位论文,2002)，这种方法理论上可以减小电子横向动量，但引导磁场的逐渐减小削弱了对电子束径向振荡的抑制效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决低引导磁场条件下，电子束在圆柱漂移管中沿轴向传输时因其存在横向动量而会产生明显的径向振荡的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用施加局部电场的方法来抑制电子束径向振荡。其具体技术方案如下：电子束在磁感应强度为B的均匀轴向引导磁场约束下经过半径为Rd的圆柱漂移管，其运动的引导中心径向位移为R0，且有rL<R0，R0+rL<Rd，其中rL为电子拉莫尔回旋半径；在z0≤z≤z1范围内的电子运动路径上施加电场强度绝对值为Er的径向电场，电场方向沿-r方向；径向电场区域起始位置z0与最邻近电子径向振荡峰值轴向位置zmax的偏差满足：|z0-zmax|≤0.15vzT(1)径向电场区域末端位置z1与最邻近电子径向振荡谷值轴向位置zmin的偏差满足：|z1-zmin|≤0.15vzT(2)其中vz和T分别为z<z0区域的电子轴向速度和回旋周期；所加载的局部电场对电子束做负功，减小电子束横向动量，从而抑制电子束径向振荡。进一步的，所施加径向电场强度的绝对值Er需满足：其中ω为z<z0区域的电子回旋角频率，通过优化局部径向电场的强度，抑制电子束径向振荡。本专利技术的有益效果是：1、电子经过上述径向电场区域后，其横向动量和拉莫尔回旋半径将显著减小，从而电子束的径向振荡得到明显抑制。2、该方法可应用于低引导磁场O型高功率微波产生器件的研制中，能够提高产生器件的工作效率和稳定可靠性。附图说明图1为本专利技术施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法示意图图2为实施例的电子束径向振荡抑制效果其中：1-圆柱漂移管；2-电子运动路径具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法做详细描述。本专利技术一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法示意图如图1所示。在圆柱漂移管z0≤z≤z1范围内，施加沿-r方向的径向电场。在均匀磁场的约束下，电子进行拉莫尔回旋运动，经过施加局部电场的区域时，径向电场对电子做功以改变电子束径向振荡。当电子进入局部电场区域时处于径向振荡的峰值附近，且离开局部电场区域时处于径向振荡的谷值附近时，沿-r方向的径向电场会对电子做负功，从而减小电子束的横向动量，最终达到抑制电子束径向振荡的目的。在相关的参数选取上，z0与最邻近电子径向振荡峰值轴向位置zmax的偏差满足：|z0-zmax|≤0.15vzT，z1与最邻近电子径向振荡谷值轴向位置zmin的偏差满足：|z1-zmin|≤0.15vzT，上述电子束与局部电场的匹配能抑制电子束径向振荡。进一步优化径向电场的幅值，Er的取值满足：能够更加显著抑制电子束径向振荡。下面，给出本专利技术的一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的实施例效果如图2所示，电子在磁感应强度B＝0.5T的均匀轴向引导磁场约束下经过半径Rd＝25mm的圆柱漂移管。电子轴向速度vz＝2.7×108m/s，横向速度vt＝0.5×108m/s，相对论因子γ＝2.49，其运动的引导中心径向位移R0＝20mm，电子拉莫尔回旋半径rL＝1.42mm，回旋角频率ω＝35.28GHz，回旋周期T＝0.178ns。在0＝z0≤z≤z1＝128mm范围内施加径向电场，电场方向沿-r向，电场强度绝对值Er＝125kV/cm，此时：在z0处，使得电子径向振荡达到峰值，即z0与最邻近电子径向振荡峰值轴向位置zmax的偏差为0，电子运动轨迹如图2所示，z1与最邻近电子径向振荡谷值轴向位置zmin的偏差满足：|z1-zmin|＝0.54mm＜0.15vzT＝7.21mm经过径向电场区域后，电子横向动量降至2.27×106m/s，拉莫尔回旋半径减小至0.063mm，电子束径向振荡得到了明显抑制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法，其特征在于：电子束在磁感应强度为B的均匀轴向引导磁场约束下经过半径为Rd的圆柱漂移管，其运动的引导中心径向位移为R0，且有rL<R0，R0+rL<Rd，其中rL为电子拉莫尔回旋半径；在z0≤z≤z1范围内的电子运动路径上施加电场强度绝对值为Er的径向电场，电场方向沿‑r方向；径向电场区域起始位置z0与最邻近电子径向振荡峰值轴向位置zmax的偏差满足：|z0‑zmax|≤0.15vzT  (1)径向电场区域末端位置z1与最邻近电子径向振荡谷值轴向位置zmin的偏差满足：|z1‑zmin|≤0.15vzT  (2)其中vz和T分别为z<z0区域的电子轴向速度和回旋周期；所加载的局部电场对电子束做负功，减小电子束横向动量，从而抑制电子束径向振荡。

【技术特征摘要】
1.一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法，其特征在于：电子束在磁感应强度为B的均匀轴向引导磁场约束下经过半径为Rd的圆柱漂移管，其运动的引导中心径向位移为R0，且有rL<R0，R0+rL<Rd，其中rL为电子拉莫尔回旋半径；在z0≤z≤z1范围内的电子运动路径上施加电场强度绝对值为Er的径向电场，电场方向沿-r方向；径向电场区域起始位置z0与最邻近电子径向振荡峰值轴向位置zmax的偏差满足：|z0-zmax|≤0.15vzT(1)径...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广帅，孙钧，吴平，曹亦兵，宋志敏，陈昌华，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61