搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

电子束空间极限电流的非线性理论研究

刘静 舒挺 李志强

引用本文:
Citation:

电子束空间极限电流的非线性理论研究

刘静, 舒挺, 李志强

Nonlinear analysis on electron beam current in cylindrical waveguide

Liu Jing, Shu Ting, Li Zhi-Qiang
PDF
导出引用
  • 从电子束一维稳态传输的电势非线性Poisson方程出发,推导了圆柱波导内实心束和环形束空间极限电流与电子入射电势的依赖关系,给出了数值求解方法和解的特征,分析比较了数值计算与现有解析公式及粒子模拟的结果.考虑电子的横向运动,对数值方法进行了二维修正,计算结果与粒子模拟结果具有很好的一致性.说明利用数值方法计算电子电势非线性微分方程能够得到更精确的电子束在圆柱波导内的空间极限电流;另外,对其他形状的波导,尤其是难以得到解析式的情况,根据实际几何结构设置边界条件,数值方法可以方便地给出束流传输特性,对设计新型结构的高功率微波器件提供理论指导.
    The space-charge-limited currents of both solid electron beam and annular electron beam in cylindrical waveguide are derived from the nonlinear Poisson equation for potential in the region of electron beams. Corrections for the transverse motion of electrons are made to the solution, which bring more consistent with the results from PIC simulations. Though numerical computation, it is showed that electrons located along the axis and by outer radius of solid and annular electron beams respectively and electrons standing near to the outside of the beam has larger axial velocity than these inside. This approach is available for analyzing the characteristics of electron beam transporting in high power microwave generator with other configuration waveguide.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划资助的课题.
    [1]

    [1]Miller R M 1982 An Introduction to the Physics of Intense Charge Particle Beams(New York: Plenum) p91

    [2]

    [2]Breizman B, Ryutov D D 1974 Nucl. Fusion 14 873

    [3]

    [3]Bogdankevich L S, Rukhadze A A 1971 Sov. Phys. Usp. 14 163

    [4]

    [4]Zeng Z Z, Liu G Z, Shao H 2002 Plasma Sci. Technol. 4 1093

    [5]

    [5]Sotnikov G V, Yatsenko T Y 2002 Tech. Phys. 47 535

    [6]

    [6]Song S Y, Qiu X, Wang W D, Lin Q W, Sun C W 2005 High Pow Part. Beams 17 441 (in Chinese) [宋盛义、仇旭、王文斗、林其文、孙承纬 2005强激光与粒子束17 441]

    [7]

    [7]Belomyttsev S Y 2003 Tech. Phys. Lett. 29 666

    [8]

    [8]Li J Q, Mo Y L 2007 Chin. Phys. 16 2716

    [9]

    [9]Li Y D, He F, Liu C L 2005 High Power Laser Part. Beams 17 913 (in Chinese) [李永东、何锋、刘纯亮 2005强激光与粒子束 17 913]

    [10]

    ]Liu G Z, Shao H 2003 Chin. Phys. 12 204

    [11]

    ]Shao H, Liu G Z, Song Z M, Huang W H, Hu Y M, Ning H 2001 High Power Laser Part. Beams 13 631 (in Chinese)[邵浩、刘国治、宋志敏、黄文华、胡咏梅、宁辉 2001 强激光与粒子束 13 631]

    [12]

    ]Xiao R Z, Liu G Z, Chen C H 2008 Chin. Phys. B 17 3807

    [13]

    ]Fan Y W, Zhong H H, Li Z Q, Shu T, Yang H W, Yang J H 2008 Chin. Phys. B 17 1804

    [14]

    ]Sloan M L, Thompson J R 1977 Austin Research Associates Report I-ARA-77-U-54

    [15]

    ]Chen Y, Mankowski J, Walter J, Kristiansen M 2007 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 14 1037

    [16]

    ]Mattias E, Tomas H, Anders L, Cecilia M, Sten N 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 638

    [17]

    ]Genoni T C, Proctor W A 1978 IEEE International Conference on Plasma Science 18—22 Sept 1978 Montreal p94

    [18]

    ]Tarakanov V P 2004 User’s Manual for Code KARAT (Virginia: Berkeley Research Associate)

    [19]

    ]Li Z Q, Shu T, Zhong H H, Fan Y W, Yang J H, Xu L R, Zhao Y S 2009 High Power Laser Part. Beams 21 421 (in Chinese) [李志强、舒挺、钟辉煌、樊玉伟、杨建华、许流荣、赵延宋 2009强激光与粒子束21 421]

    [20]

    ]Luo X, Liao C, Meng F B, Zhang Y J, Wang X D 2007 High Power Laser Part. Beams 19 92 (in Chinese) [罗雄、廖成、孟凡宝、张云俭、王晓东 2007 强激光与粒子束 19 92]

  • [1]

    [1]Miller R M 1982 An Introduction to the Physics of Intense Charge Particle Beams(New York: Plenum) p91

    [2]

    [2]Breizman B, Ryutov D D 1974 Nucl. Fusion 14 873

    [3]

    [3]Bogdankevich L S, Rukhadze A A 1971 Sov. Phys. Usp. 14 163

    [4]

    [4]Zeng Z Z, Liu G Z, Shao H 2002 Plasma Sci. Technol. 4 1093

    [5]

    [5]Sotnikov G V, Yatsenko T Y 2002 Tech. Phys. 47 535

    [6]

    [6]Song S Y, Qiu X, Wang W D, Lin Q W, Sun C W 2005 High Pow Part. Beams 17 441 (in Chinese) [宋盛义、仇旭、王文斗、林其文、孙承纬 2005强激光与粒子束17 441]

    [7]

    [7]Belomyttsev S Y 2003 Tech. Phys. Lett. 29 666

    [8]

    [8]Li J Q, Mo Y L 2007 Chin. Phys. 16 2716

    [9]

    [9]Li Y D, He F, Liu C L 2005 High Power Laser Part. Beams 17 913 (in Chinese) [李永东、何锋、刘纯亮 2005强激光与粒子束 17 913]

    [10]

    ]Liu G Z, Shao H 2003 Chin. Phys. 12 204

    [11]

    ]Shao H, Liu G Z, Song Z M, Huang W H, Hu Y M, Ning H 2001 High Power Laser Part. Beams 13 631 (in Chinese)[邵浩、刘国治、宋志敏、黄文华、胡咏梅、宁辉 2001 强激光与粒子束 13 631]

    [12]

    ]Xiao R Z, Liu G Z, Chen C H 2008 Chin. Phys. B 17 3807

    [13]

    ]Fan Y W, Zhong H H, Li Z Q, Shu T, Yang H W, Yang J H 2008 Chin. Phys. B 17 1804

    [14]

    ]Sloan M L, Thompson J R 1977 Austin Research Associates Report I-ARA-77-U-54

    [15]

    ]Chen Y, Mankowski J, Walter J, Kristiansen M 2007 IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 14 1037

    [16]

    ]Mattias E, Tomas H, Anders L, Cecilia M, Sten N 2008 IEEE Trans. Plasma Sci. 36 638

    [17]

    ]Genoni T C, Proctor W A 1978 IEEE International Conference on Plasma Science 18—22 Sept 1978 Montreal p94

    [18]

    ]Tarakanov V P 2004 User’s Manual for Code KARAT (Virginia: Berkeley Research Associate)

    [19]

    ]Li Z Q, Shu T, Zhong H H, Fan Y W, Yang J H, Xu L R, Zhao Y S 2009 High Power Laser Part. Beams 21 421 (in Chinese) [李志强、舒挺、钟辉煌、樊玉伟、杨建华、许流荣、赵延宋 2009强激光与粒子束21 421]

    [20]

    ]Luo X, Liao C, Meng F B, Zhang Y J, Wang X D 2007 High Power Laser Part. Beams 19 92 (in Chinese) [罗雄、廖成、孟凡宝、张云俭、王晓东 2007 强激光与粒子束 19 92]

  • [1] 刘振帮, 金晓, 黄华, 王腾钫, 李士锋. 吉瓦级强流相对论多注电子束二极管的优化设计与实验研究. 物理学报, 2021, 70(3): 038401. doi: 10.7498/aps.70.20201336
    [2] 张晓辉, 董克攻, 华剑飞, 朱斌, 谭放, 吴玉迟, 鲁巍, 谷渝秋. 相对论皮秒激光在低密度等离子体中直接加速的电子束的横向分布特征研究. 物理学报, 2019, 68(19): 195203. doi: 10.7498/aps.68.20191106
    [3] 王剑, 蔡达锋, 赵宗清, 谷渝秋. 激光与近相对论临界密度薄层相互作用产生大电量高能电子束. 物理学报, 2017, 66(7): 075203. doi: 10.7498/aps.66.075203
    [4] 王淦平, 金晓, 黄华, 刘振帮. 强流相对论多注电子束在空心圆柱波导中的漂移. 物理学报, 2017, 66(4): 044102. doi: 10.7498/aps.66.044102
    [5] 张泽海, 舒挺, 张军, 戚祖敏. 强流电子束阻抗对相对论速调管放大器注入及群聚特性的影响分析. 物理学报, 2013, 62(4): 040701. doi: 10.7498/aps.62.040701
    [6] 陈永东, 吴洋, 谢鸿全, 李正红, 周自刚. 相对论速调管中间腔与调制电子束间的非线性互作用. 物理学报, 2013, 62(10): 104104. doi: 10.7498/aps.62.104104
    [7] 刘振帮, 金晓, 黄华, 陈怀璧, 王淦平. 强流多注相对论速调管中电子束特性的初步研究. 物理学报, 2012, 61(24): 248401. doi: 10.7498/aps.61.248401
    [8] 吴涛, 黄华, 王淦平, 金晓, 刘振帮, 陈昭福, 任屹灏, 陈永东, 王清源. 扇形多注强流相对论电子束的产生与传输研究. 物理学报, 2012, 61(18): 184218. doi: 10.7498/aps.61.184218
    [9] 苏东, 唐昌建. 相对论电子束在动态加载等离子体中的自聚焦传输. 物理学报, 2012, 61(4): 042501. doi: 10.7498/aps.61.042501
    [10] 闫春燕, 张秋菊, 罗牧华. 激光与相对论电子束相互作用中阿秒X射线脉冲的产生. 物理学报, 2011, 60(3): 035202. doi: 10.7498/aps.60.035202
    [11] 杜广星, 钱宝良. 准矩形截面强流相对论带状电子束的传输. 物理学报, 2010, 59(7): 4626-4633. doi: 10.7498/aps.59.4626
    [12] 刘静, 舒挺, 李志强. 层流平衡相对论电子束束流特性的数值计算. 物理学报, 2010, 59(3): 1895-1901. doi: 10.7498/aps.59.1895
    [13] 张永鹏, 刘国治, 邵浩, 杨占峰, 宋志敏, 林郁正. 一维漂移空间内强流电子束的稳态传输特性. 物理学报, 2009, 58(10): 6973-6978. doi: 10.7498/aps.58.6973
    [14] 宋法伦, 张永辉, 向 飞, 常安碧. 强流电子束碰撞电离背景气体研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1807-1812. doi: 10.7498/aps.57.1807
    [15] 胡 旻, 祝大军, 刘盛纲. 强流相对论电子束双腔纵向自调制研究. 物理学报, 2005, 54(6): 2633-2637. doi: 10.7498/aps.54.2633
    [16] 黄华, 范植开, 谭杰, 马乔生, 甘延青, 常安碧. 长脉冲相对论速调管中束流脉冲缩短的研究. 物理学报, 2004, 53(4): 1129-1135. doi: 10.7498/aps.53.1129
    [17] 王平山, 余少英, 雷芳燕, 罗 敏, 马乔生, 谭 杰, 顾秉林. 导电栅网对相对论速调管中电子束的约束作用. 物理学报, 1998, 47(3): 485-493. doi: 10.7498/aps.47.485
    [18] 石秉仁. 相对论性电子束的类Tokamak平衡. 物理学报, 1983, 32(4): 507-514. doi: 10.7498/aps.32.507
    [19] 沈文达, 朱莳通. 库仑相互作用对相对论性电子束受激散射的影响. 物理学报, 1982, 31(2): 234-236. doi: 10.7498/aps.31.234
    [20] 郭书印. 对头碰相对论电子束引起的不稳定性. 物理学报, 1982, 31(2): 143-149. doi: 10.7498/aps.31.143
计量
  • 文章访问数:  7176
  • PDF下载量:  809
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2009-03-01
  • 修回日期:  2009-07-09
  • 刊出日期:  2010-02-05

/

返回文章
返回