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同轴回旋行波放大器的理论和数值研究

强激光与粒子束 2004年第2期16卷 200-204页

作者：杨温渊丁武北京应用物理与计算数学研究所北京100088

　给出了一组描述同轴回旋行波放大器中波束相互作用的非线性自洽方程组,对该放大器的运行特性进行了研究。得到:在小信号区,辐射场的增益随同轴波导的内外半径比b/a的增加而增加,达到饱和时的辐射功率仅略有下降;内外导体管壁上的功率... 详细信息

　给出了一组描述同轴回旋行波放大器中波束相互作用的非线性自洽方程组,对该放大器的运行特性进行了研究。得到:在小信号区,辐射场的增益随同轴波导的内外半径比b/a的增加而增加,达到饱和时的辐射功率仅略有下降;内外导体管壁上的功率损耗密度随b/a的增加而减小。采用电压为90kV,电流为10A,纵向速度零散度为3%,速率比为1的电子束,在34.26～36.78GHz的频率范围内,计算得到了峰值功率约230kW的微波输出,相应的增益和效率分别为46.6dB和25.5%,带宽为7%,内外导体管壁上功率的最大损耗分别为80和56W/cm2。

关键词：回旋行波放大器同轴结构数值模拟波束相互作用非线性自洽方程组

新型双间隙虚阴极振荡器的理论分析和数值模拟

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强激光与粒子束 2007年第3期19卷 453-458页

作者：杨温渊北京应用物理与计算数学研究所北京100088

该新型双间隙虚阴极振荡器的互作用区为一带孔金属薄膜隔开的两个圆柱形谐振腔;器件采用侧向提取同轴输出的方法,具有输出效率高和输出模式纯的优点;第一阳极薄膜采用了局部薄膜结构。对互作用腔进行冷腔分析,计算得到互作用腔Ⅰ和Ⅱ的... 详细信息

该新型双间隙虚阴极振荡器的互作用区为一带孔金属薄膜隔开的两个圆柱形谐振腔;器件采用侧向提取同轴输出的方法,具有输出效率高和输出模式纯的优点;第一阳极薄膜采用了局部薄膜结构。对互作用腔进行冷腔分析,计算得到互作用腔Ⅰ和Ⅱ的品质因子分别为6 960和71.8,共振频率为2.3 GHz。当电子束电压为515 kV、电流为10 kA时,通过参数优化,模拟得到周期平均峰值功率大于570 MW、频率约2.4 GHz的微波输出,效率达到11%。模拟还发现电子束的最佳阻抗值约为51.5Ω;电子束的输入功率在较大范围内变化时,器件的输出效率保持大于10%;在一定的范围内,器件的输出效率随电子束密度的增加而增加。对器件中由于电子能量沉积而引起的阳极膜的温升进行了估算,得到膜的最高温度为434 K,远低于熔点933 K。

关键词：高功率微波双间隙虚阴极振荡器金属薄膜数值模拟

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同轴反射三极管振荡器的数值模拟

强激光与粒子束 2008年第8期20卷 1339-1343页

作者：杨温渊北京应用物理与计算数学研究所北京100088

提出了一种新型的同轴反射三极管振荡器并对其进行了数值模拟研究。新模型在阴极底座处延伸出一定半径和长度的内导体到互作用区,使得互作用区有了一定的电场梯度,有助于电子在虚阴极和阴极之间来回反射。另外,阴极内导体的引入也使得... 详细信息

提出了一种新型的同轴反射三极管振荡器并对其进行了数值模拟研究。新模型在阴极底座处延伸出一定半径和长度的内导体到互作用区,使得互作用区有了一定的电场梯度,有助于电子在虚阴极和阴极之间来回反射。另外,阴极内导体的引入也使得该器件要求的电子束阻抗可以较高,阴阳极间距可以较大。在电子束电压和电流分别为590 kV和19.1 kA、输出区波导半径为5.6 cm、二极管阴阳极间距为2.5 cm时,通过参数优化,模拟得到输出频率、周期平均功率和效率分别为3.62 GHz,1.7 GW和15%的微波输出。对器件的物理机制进行了初步分析,结果表明反射电子的振荡对微波的产生起主要作用。

关键词：高功率微波反射三极管振荡器数值模拟

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氘钛等离子体高压查尔特鞘层特性理论研究

强激光与粒子束 2022年第7期34卷 90-98页

作者：沈伯昊董烨周前红杨温渊董志伟北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院研究生部北京100088

建立了混合多组分等离子体高压查尔特鞘层动力学模型,数值研究了氘钛等离子体高压查尔特鞘层特性。理论与数值研究结果表明,提升D^(+)离子比例、降低D^(+)离子及Ti^(2+)离子入鞘速度、降低等离子体密度等方式,均会有效增加鞘层厚度,并... 详细信息

建立了混合多组分等离子体高压查尔特鞘层动力学模型,数值研究了氘钛等离子体高压查尔特鞘层特性。理论与数值研究结果表明,提升D^(+)离子比例、降低D^(+)离子及Ti^(2+)离子入鞘速度、降低等离子体密度等方式,均会有效增加鞘层厚度,并降低靶面场强幅值,这些方式有利于离子汇聚传输和降低靶面击穿风险。随加速电压的增加,离子引出稳定工作区域范围呈现先增加后减小的趋势。增加D^(+)离子比例、减小D^(+)离子及Ti^(2+)离子入鞘速度,均会显著增加离子引出稳定工作区域范围。

关键词：混合多组分等离子体高压查尔特鞘层动力学模型

新型全腔输出半透明阴极相对论磁控管的理论和数值研究

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物理学报 2016年第24期65卷 235-243页

作者：杨温渊董烨董志伟北京应用物理与计算数学研究所北京100094

为减小器件的体积和重量,提高器件的实用性,在轴向渐变输出结构半透明阴极相对论磁控管的基础上,提出了全腔耦合输出结构半透明阴极相对论磁控管,并对其进行了理论分析和数值模拟.采用全腔输出结构后,器件互作用区径向半径由10.5 cm降到... 详细信息

为减小器件的体积和重量,提高器件的实用性,在轴向渐变输出结构半透明阴极相对论磁控管的基础上,提出了全腔耦合输出结构半透明阴极相对论磁控管,并对其进行了理论分析和数值模拟.采用全腔输出结构后,器件互作用区径向半径由10.5 cm降到6.6 cm,轴向长度由大于40 cm降到小于30 cm,器件尺寸显著减小.通过对输出结构的参数优化,在注入电子束电压和电流分别约为395 kV和5.6 kA、外加磁场为4.75 k Gs(1 Gs=10^(-4)T)时,模拟在S波段获得了效率约50%的微波输出,输出功率达到1.15 GW,模式更加纯净.同时还分析了耦合孔的长度、宽度和深度以及输出波导的宽度和短路面起始位置等参数对输出性能的影响规律.

关键词：相对论磁控管半透明阴极全腔耦合输出

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金属双边二次电子倍增的理论分析与数值模拟

强激光与粒子束 2011年第2期23卷 454-462页

作者：董烨董志伟杨温渊北京应用物理与计算数学研究所北京100088

针对金属双边二次电子倍增现象,分析给出了电子共振方程、共振相位、相位聚焦条件以及碰撞电势;并根据二次电子发射的材料特性,研究了金属双边二次电子倍增的敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次... 详细信息

针对金属双边二次电子倍增现象,分析给出了电子共振方程、共振相位、相位聚焦条件以及碰撞电势;并根据二次电子发射的材料特性,研究了金属双边二次电子倍增的敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次电子倍增的敏感区间,并与理论结果进行了比对,给出了二次电子数目随时间的增长关系。利用材料二次发射特性的经验公式,辅以电子碰撞角和碰撞能量计算以及对二次电子初始能量和发射角度的蒙特卡罗随机抽样算法,编制了3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE的金属边界二次电子发射功能模块,模拟金属双平板二次电子倍增过程,获得了二次电子倍增物理图像、二次电子数目随时间演化规律等结果。模拟结果不仅验证了理论分析,还表明在合适的条件下,空间电荷限制作用将导致二次电子倍增的饱和。

关键词：高功率微波金属双边二次电子倍增蒙特卡罗方法 3维全电磁粒子模拟程序

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高功率微波窗内外表面闪络击穿流体模拟研究

物理学报 2014年第18期63卷 346-358页

作者：董烨周前红杨温渊董志伟周海京北京应用物理与计算数学研究所北京100094

建立理论模型,将电磁场时域有限差分方法与等离子体流体模型结合,编制一维电磁场与等离子流体耦合程序,数值研究了3 GHz高功率微波窗内外表面闪络击穿的不同物理过程.研究结果表明:外表面闪络击穿中,输出微波脉宽缩短(未完全截止),窗体... 详细信息

建立理论模型,将电磁场时域有限差分方法与等离子体流体模型结合,编制一维电磁场与等离子流体耦合程序,数值研究了3 GHz高功率微波窗内外表面闪络击穿的不同物理过程.研究结果表明:外表面闪络击穿中,输出微波脉宽缩短(未完全截止),窗体前均方根场强呈驻波分布,波节与波腹位置不变,窗体外表面形成有一层高密(约10^(21)·m^(-3)量级)极薄(约mm量级)等离子体(扩散缓慢),入射波可部分透过该薄层等离子体,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;降低初始等离子体密度、厚度、入射波场强及缩短入射波脉宽等方式,可不同程度地改善输出脉宽缩短效应.内表面闪络击穿中,窗体前均方根场强亦出现驻波分布f但波节与波腹位置随时间变化),等离子体向波源方向运动;强释气下,输出脉宽缩短(未完全截止),形成多丝状高密(约10^(21)·m^(-3)量级)极薄(约mm量级)等离子体区域(扩散缓慢),间距1/4微波波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、低场强下,脉宽缩短有所改善(但最终截止),形成多带状致密(约10^(18)·m^(-3)量级)略厚(mm-cm量级)等离子体区域(扩散较快),间距1/4波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、高场强下,脉宽缩短严重(很快截止),形成块状高密(约10^(21)·m^(-3)量级)较厚(约cm量级)等离子体区域(扩散迅速),脉宽缩短主要源于等离子体反射效应.

关键词：高功率微波输出窗沿面闪络击穿电磁场时域有限差分等离子体流体模型

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一种高效率和高功率的双同轴虚阴极振荡器

强激光与粒子束 2003年第11期15卷 1079-1082页

作者：杨温渊丁武北京应用物理与计算数学研究所北京100088

　提出了一种双同轴虚阴极振荡器,并对其进行了理论分析和数值模拟。这种振荡器采用了一种新的能量提取结构,将波束相互作用和能量提取分开进行。提取区内轴的左端面可以反射微波,为波束相互作用提供反馈机制;同时还可以吸收在下游漂移... 详细信息

　提出了一种双同轴虚阴极振荡器,并对其进行了理论分析和数值模拟。这种振荡器采用了一种新的能量提取结构,将波束相互作用和能量提取分开进行。提取区内轴的左端面可以反射微波,为波束相互作用提供反馈机制;同时还可以吸收在下游漂移的电子,这有利于输出功率和效率的提高。在器件的入口处注入峰值电压为500kV的梯形脉冲时,模拟得到了瞬时峰值功率大于2.5GW,周期平均的峰值功率约1.2GW的微波输出,频率为2.175GHz,能量提取效率达到11%。输出的微波保持了传统同轴虚阴极振荡器的优点,模式纯度高、谱宽非常窄。

关键词：双同轴虚阴极振荡器能量提取结构数值模拟

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介质单边二次电子倍增的理论分析与数值模拟

强激光与粒子束 2011年第7期23卷 1917-1924页

作者：董烨董志伟杨温渊北京应用物理与计算数学研究所北京100094

针对介质单边二次电子倍增现象,理论分析给出了其动力学方程、二次电子初始能量与角度分布,结合二次电子发射的材料特性,研究了二次电子倍增的理论预估敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次电子倍... 详细信息

针对介质单边二次电子倍增现象,理论分析给出了其动力学方程、二次电子初始能量与角度分布,结合二次电子发射的材料特性,研究了二次电子倍增的理论预估敏感区间。利用蒙特卡罗方法抽样选取电子初始发射能量和角度,数值研究了二次电子倍增的敏感区间,并与理论结果进行了比对,给出了二次电子数目随时间的增长关系;采用固定时间步长并考虑电子束动态加载饱和效应的细致蒙特卡罗方法,研究了二次电子数目、直流场、射频场、介质表面沉积功率、电子放电功率、二次电子碰撞能量及电子渡越时间等二次电子倍增特性物理量的变化过程,并且讨论了初始电流及二次电子倍增工作点对二次电子倍增整个过程的影响作用,得出了二次电子倍增存在初始阈值发射电流密度的结论。

关键词：高功率微波介质单边二次电子倍增理论分析蒙特卡罗方法