《同軸相對論返波管波束作用物理機制研究》是依託西北核技術研究院，由滕雁擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：同軸相對論返波管波束作用物理機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：滕雁
- 依託單位：西北核技術研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
同軸相對論返波管（CRBWO）是一種新型高效高功率微波（HPM）產生器件。實現高效輸出時，CRBWO的波束作用具有不同於空心返波管的特點：電子束流與前向波發生同步作用，作用的頻率範圍很寬，可能誘發模式競爭；電子束流與非同步波發生顯著能量交換，當-1次空間諧波(非同步波)與同步波幅度相近時，模式競爭得到抑制。目前，對CRBWO波束作用物理機制並無清晰認識，特別對非同步波束作用和-1次空間諧波對模式競爭的抑制缺乏充分研究。本項目針對CRBWO波束作用的特點建立理論模型，分析重要工作參數對CRBWO結構波特性的影響，研究同步波與非同步波在束流調製和能量交換中的作用，根據同步波與非同步波的幅度之比和相位關係，揭示CRBWO波束作用的物理機制。基於理論研究，探索並提出二極體電壓1 MV水平下抑制模式競爭、實現高效輸出的CRBWO設計原則與方法，為CRBWO的進一步發展和實用化提供理論基礎和技術支持。
結題摘要
本課題通過解析理論和數值模擬對CRBWO這樣一種新型HPM產生器件進行了系統深入的研究。利用小信號理論和線性理論對有限長同軸SWS的高頻特性進行了深入研究，將原有的用於無限長結構的方法推廣到有限長結構，建立了分析有限長同軸SWS高頻特性的普適性方法。從空間增長率的角度分析了有限長同軸SWS的縱向諧振特性和起振條件。深入研究了同步波與非同步波在波束作用中的作用機制和物理過程，在考慮基波和-1次空間諧波與電子束流的共同作用、考慮非同步諧波與電子束流能量交換的基礎上，建立CRBWO波束作用理論模型，綜合得到CRBWO中波束作用的物理機制與過程。重點研究同軸SWS兩端反射對CRBWO結構波中同步波與非同步波物理特性的影響規律，及其對束流調製和能量交換的影響規律。理論研究表明，當同軸SWS末端形成全反射時，波束作用轉換效率接近60%。在理論研究的指導下，設計了轉換效率達到55%的衍射式CRBWO。在大幅度提高輸出指標的同時，從根本上改進了同軸裝配裝方式，解決了這種器件由於結構複雜而無法有效保證同軸度的問題，增加了這種新型器件的實用性。從理論上分析得到了高電壓下波束失配的物理原因。並提出了單管同軸雙陰極的結構，有效解決了高電壓下電子束流結構波失配的問題，並實現了輸出功率5 GW、效率45%的X-band輸出。並且，為適應HPM產生器件低磁場、小型化的發展趨勢，提出了有別於傳統Cerenkov機理、無SWS的同軸TE01模式周期交變磁場產生器件，在X-band和Ka-band實現了102 MW、轉換效率大於20%的微波輸出，在實現永磁包裝的同時顯著提高了器件的功率容量。
