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多脉冲磁绝缘线振荡器阴极释气电离仿真研究

杨郁林 董志伟 孙会芳 杨温渊 张芳

杨郁林, 董志伟, 孙会芳, 等. 多脉冲磁绝缘线振荡器阴极释气电离仿真研究[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 093004. doi: 10.11884/HPLPB202133.210121
引用本文: 杨郁林, 董志伟, 孙会芳, 等. 多脉冲磁绝缘线振荡器阴极释气电离仿真研究[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 093004. doi: 10.11884/HPLPB202133.210121
Yang Yulin, Dong Zhiwei, Sun Huifang, et al. Physical modeling and particle simulation technology of multi-pulse MILO cathode outgassing ionization[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 093004. doi: 10.11884/HPLPB202133.210121
Citation: Yang Yulin, Dong Zhiwei, Sun Huifang, et al. Physical modeling and particle simulation technology of multi-pulse MILO cathode outgassing ionization[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 093004. doi: 10.11884/HPLPB202133.210121

多脉冲磁绝缘线振荡器阴极释气电离仿真研究

doi: 10.11884/HPLPB202133.210121
基金项目: 国家自然科学基金项目(11875094)
详细信息
    作者简介:

    杨郁林(1971—),男,博士,从事等离子体物理研究

  • 中图分类号: TN752.5

Physical modeling and particle simulation technology of multi-pulse MILO cathode outgassing ionization

  • 摘要: 在磁绝缘线振荡器(MILO)阴极释气电离物理建模技术以及三维自洽运算基础上,研究了残存气体脉冲缩短,并分析了释气电离对多脉冲MILO运行的影响。把多脉冲释气分为脉冲内阴极释气脉间残余气体累积两个部分,研究了不同释气率以及残余气体对整个器件的运行产生影响。计算结果表明,多脉冲运行MILO最主要影响因素是释气后电离产生的正离子,当正离子密度超过发射电子密度时,束波互作用被破坏。
  • 图  1  含有释气层(绿色)的L-MILO结构剖面图

    Figure  1.  Model of L-MILO with outgassing layer (green)

    图  2  填充释气(blue)的L-MILO结构剖面图

    Figure  2.  Model of L-MILO filled with gas(blue)

    图  3  不同残余气体密度对输出功率随时间变化图

    Figure  3.  Output power vs time for different gas density

    图  4  正离子与电子空间分布图

    Figure  4.  Distribution of positive ions (red) and electrons (blue)

    图  5  系统电子与气体电离离子数随时间变化关系图

    Figure  5.  Number of electrons and positive ions produced by N2 ionization vs time

    图  6  中性化因子以及归一化周期平均功率随时间变化图

    Figure  6.  Charge neutralization factor fe and unitary power vs time

    图  7  L-MILO典型的输入电压、电流以及相对释气率 10时电子和氮气分子的宏粒子数波形图

    Figure  7.  The classical waveform of input voltage, current in the L-MILO and the waveform of number of macro-particles both of electrons and N2 molecules, N3 molecules when relative outgassing rate is 10

    图  8  相对释气率为10时氮气分子电离产生的正离子和二次电子的空间分布

    Figure  8.  Distribution of positive ions and secondary electrons produced by N2 ionization when relative outgassing rate is 10

    图  9  MILO电子的空间分布

    Figure  9.  Distribution of electrons produced by cathode

    图  10  脉间加负电压时相对释气率为10输出功率、电流以及正离子宏粒子数和二次电子,电子宏粒子数(含发射一次电子和电离的二次电子)随时间的演化关系

    Figure  10.  Waveforms when relative outgassing rate is 10 with negative voltage

    图  11  脉间不加负电压时,相对释气率为10时的输出功率、电流以及正离子宏粒子数和二次电子,电子宏粒子数(含发射一次电子和电离的二次电子)随时间的演化关系

    Figure  11.  Waveforms when relative outgassing rate is 10 without negative voltage

    图  12  多脉冲中性化因子以及归一化周期平均功率随时间变化图

    Figure  12.  Repeat frequency MILO charge neutralization factor fe and unitary power vs time

    表  1  不同密度残余气体脉冲缩短时间

    Table  1.   Different remaining gas density vs pulse shorten time

    gas density/m−3pulse shorten time/ns
    5.02×10213
    2.51×10215
    1.004×102110
    5.02×102020
    2.51×102070
    5.02×101995
    2.51×1019105
    5.02×1018175
    5.02×1017220
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-30
  • 修回日期:  2021-06-23
  • 网络出版日期:  2021-07-21
  • 刊出日期:  2021-09-24

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