[发明专利]一种施加局部电场抑制电子束径向振荡的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于束流传输技术领域，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。

背景技术

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.International Journal of Electronics,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,et al.IEEE Trans.PlasmaSci.2011,39:1150；Junpu Ling,et al.Phys.Plasmas 2014,21:023114)。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。

发明内容

本发明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，本发明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R_d的圆柱漂移管，其运动的引导中心径向位移为R₀，且有r_LR₀，R₀+r_LR_d，其中r_L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E_r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z_max的偏差满足：