[发明专利]永磁聚焦径向强流电子束二极管

说明书

本发明公开了一种永磁聚焦径向强流电子束二极管，目的是解决径向电子束的稳定传输、克服横向偏移不稳定性。本发明为旋转对称结构，由阴极基座、阴极永磁体、电子发射圆盘、二极管阳极、阳极永磁体组成；阴极永磁体内嵌于阴极基座中，电子发射圆盘置于阴极永磁体的2个环状永磁体之间，二极管阳极外套于阴极基座和电子发射圆盘外侧，二极管阳极、阴极基座、阴极永磁体和电子发射圆盘同轴；阳极永磁体的2个阳极永磁体套在二极管阳极圆筒的外侧壁，2个阳极永磁体对称安装在二极管阳极的径向线通道的右侧。采用本发明可以在电子束传输通道内产生大于0.4T的径向导引磁场，并保证强流电子束的稳定传输。

技术领域

本发明涉及高功率微波领域的一种强流束二极管，尤其是一种永磁聚焦的径向强流电子束二极管。

背景技术

在径向高功率微波器件中，随着电子束在径向运动，空间电荷效应逐渐降低，高频结构尺寸逐渐增大，功率容量将得到有效的提升。此外，径向高功率微波器件还具有阻抗低的特点，有利于输出微波功率的提升。因此，径向高功率微波器件具有巨大的发展潜力。

径向高功率微波发生器的概念最初是美国Phillips实验室的Arman学者提出【HighPower Radial Klystron Oscillator.SPIE proceedings,Vol.2557,San Diego,USA,1995,21～31.M.J.Arman,径向高功率微波振荡器,国际光学工程学会,Vol.2557,SanDiego,USA,1995,21～31】，该器件采用金属箔高频结构，所以无需外加导引磁场，结构较为紧凑。但金属箔难以引导电子束沿径向长距离传输，且在强流相对论电子束的轰击下容易产生等离子体，干扰器件的正常工作。因此，该器件在实际上难以输出高功率微波。

此后，国防科技大学的研究人员采用强流线圈产生径向导引磁场来约束电子束的运动【F.C.Dang.et al.,Simulation Investigation of a Ku-band Radial LineOscillator Operating at Low Guiding Magnetic Field.Physics of Plasmas,21,063307(2014).党方超等，低磁场运行的Ku波段径向线振荡器仿真研究.Physics ofPlasmas,21,063307(2014)】，有效提升了径向器件的输出功率。然而，能耗高、体积庞大、附属供电设备复杂等问题也制约了强流线圈激发磁场的方式在径向高功率微波器件中的应用。

在提高径向电子束流质量的基础上，为了替代励磁线圈，减小磁场系统的体积和能耗，克服横向偏移不稳定性，设计永磁聚焦径向强流电子束二极管已迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种能实现径向电子束的稳定传输、克服横向偏移不稳定性的永磁聚焦径向强流电子束二极管。

本发明采用永磁体代替线圈产生径向导引磁场，一方面，相比金属箔引导电子束传输的方式，永磁体产生的导引磁场能够保证电子束的质量；另一方面，相比线圈激励导引磁场的方式，永磁体的使用能够有效降低系统能耗，减小系统体积，避免复杂的附属供电设备对系统的影响。

本发明的技术方案是：

本发明永磁聚焦径向强流电子束二极管为旋转对称结构，由阴极基座1、阴极永磁体2、电子发射圆盘3、二极管阳极4、阳极永磁体5组成；定义阴极基座1的中心轴为旋转对称轴OO’，定义靠近OO’的一侧为内侧，远离OO’的一侧为外侧，定义径向强流电子束二极管与脉冲功率驱动源相连的一端为左端，远离脉冲功率驱动源的一端为右端。

阴极基座1和二极管阳极4的材料为导体，一般为金属材料(如不锈钢、铜、钛合金等)，阴极永磁体2和阳极永磁体5的材料为高剩磁的钕铁硼，电子发射圆盘3的材料为石墨。