[发明专利]回旋管收集极收集轮廓设计方法及回旋管收集极和回旋管

权利要求书

1.回旋管收集极收集轮廓设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据回旋管收集极的收集总耗散功率P_loss和单位面积收集容量P_s，计算收集面积S；

(2)根据收集面积S，计算收集轮廓所对应的最优轴向长度L₀；

根据收集面积S，计算收集轮廓所对应的最优轴向长度L₀进一步包括：

(2.1)计算收集极半径下降r′_l(z)时，收集轮廓所对应的轴向长度L₁：

其中，r_l＝γm₀v_⊥0/eB₀为电子回旋半径，γ为相对论因子，m₀为电子质量，v_⊥0为电子注在互作用区的横向速度，e为电子电荷，r_gmax为引导中心外缘半径，μ₀为自由空间导磁系数，I₀为工作电流，N为线圈匝数，z为收集极Z轴方向坐标；

(2.2)根据轴向长度L₁，计算电子回旋一个π相位时所对应的长度L₂：

其中，Δr_g为引导中心外缘半径和引导中心半径的间距，v₀为互作用区电子注的总速度；

(2.3)根据轴向长度L₁和电子注回旋一个π相位时所对应的长度L₂，确定最优轴向长度L₀；

(3)根据最优轴向长度L₀，计算收集轮廓曲线r_w(z)：

其中，B(z)为收集极处的轴向磁场，z为电子注的Z轴坐标，B₀为互作用区磁场，r_l0为互作用区拉莫半径，r′_gmax(z)为引导中心半径r′_g(z)的最大值，r_g0为互作用区引导中心半径；

(4)根据收集轮廓曲线r_w(z)，确定收集轮廓。

2.根据权利要求1所述的回旋管收集极收集轮廓设计方法，其特征在于，所述最优轴向长度L₀通过以下方法确定：

当z∈(0，2000)时，计算z所对应的所有L₁值和L₂值；并选取所有L₁＞5L₂中最小的L₁作为最优轴向长度L₀。

3.根据权利要求1或2所述的回旋管收集极收集轮廓设计方法，其特征在于，所述收集轮廓通过以下方法确定：

(1)选取下列方程解中的最小z值对应的点作为收集轮廓的起点：

其中，θ₁为第一电子注进入收集极时的初始相位；

(2)选取下列方程解中的最大z值对应的点作为收集轮廓的终点：

其中，θ₂为第二电子注进入收集极时的初始相位；

(3)将根据收集轮廓曲线、收集轮廓的起点和收集轮廓的终点确定的轮廓线段绕z轴旋转360°所得的轮廓即为收集轮廓。

4.回旋管收集极，其特征在于，包括中空的散热结构(2)，所述散热结构(2)的内部轮廓为根据权利要求1所述的方法设计的收集轮廓(1)。

5.根据权利要求4所述的回旋管收集极，其特征在于，所述散热结构(2)的半径为跟随所述收集轮廓(1)的形状渐变的。

6.根据权利要求5所述的回旋管收集极，其特征在于，所述散热结构(2)包括散热本体，所述散热本体外部的上部和下部均设置有多个散热片(3)。

7.根据权利要求6所述的回旋管收集极，其特征在于，所有散热片(3)纵向形成直槽型通道式结构。