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RSS2020年 32卷 第10期
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2020, 32: 103001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200228
2020, 32: 103002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200167
2020, 32: 103003.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200195
2020, 32: 103001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200228
摘要:
为进一步提高X波段相对论速调管放大器的输出功率，采用理论分析与粒子模拟的方法对双群聚腔级联式相对论速调管放大器进行了研究。分析了提高注入腔对注入微波吸收效率的方法，分析了群聚腔调制能力与腔体模式、Q值等参数的关系，分析了输出腔提取效率与Q值的关系。在三维粒子仿真中，设计了模式反射器抑制TEM模式泄露与杂模振荡，得到了功率超过2.5 GW，频谱纯净，频率锁定为8.40 GHz，输出输入微波相位差稳定，抖动不超过2°的高功率微波输出。
为进一步提高X波段相对论速调管放大器的输出功率，采用理论分析与粒子模拟的方法对双群聚腔级联式相对论速调管放大器进行了研究。分析了提高注入腔对注入微波吸收效率的方法，分析了群聚腔调制能力与腔体模式、Q值等参数的关系，分析了输出腔提取效率与Q值的关系。在三维粒子仿真中，设计了模式反射器抑制TEM模式泄露与杂模振荡，得到了功率超过2.5 GW，频谱纯净，频率锁定为8.40 GHz，输出输入微波相位差稳定，抖动不超过2°的高功率微波输出。
2020, 32: 103002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200167
摘要:
为了进一步提高S波段高功率强流长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的重复频率稳频稳相运行的性能，采用实验结合理论和模拟的方法，分析了其主要制约因素，特别分析了造成器件脉冲缩短和重复频率运行不稳定等问题的根源。研究结果表明，RKA中的中间腔和输出腔的电子反射、电子散焦轰击腔体鼻锥是造成脉冲缩短、重复频率运行不稳定的主要根源。通过采用大漂移管半径的器件结构、在漂移管中加载吸波材料以及引导磁场位形、采用电子发射较均匀的碳/碳复合阴极材料等措施，使杂频振荡、脉冲缩短和重复频率工作不稳定性等问题得到了明显减轻，输出微波相位稳定性得到显著提高。采用电压830 kV、束流7.7 kA、脉宽190 ns的环行电子束驱动S波段3腔RKA，重复频率25 Hz运行得到了峰值功率1.55 GW、脉宽163 ns、相位抖动18°（rms）的输出微波。
为了进一步提高S波段高功率强流长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的重复频率稳频稳相运行的性能，采用实验结合理论和模拟的方法，分析了其主要制约因素，特别分析了造成器件脉冲缩短和重复频率运行不稳定等问题的根源。研究结果表明，RKA中的中间腔和输出腔的电子反射、电子散焦轰击腔体鼻锥是造成脉冲缩短、重复频率运行不稳定的主要根源。通过采用大漂移管半径的器件结构、在漂移管中加载吸波材料以及引导磁场位形、采用电子发射较均匀的碳/碳复合阴极材料等措施，使杂频振荡、脉冲缩短和重复频率工作不稳定性等问题得到了明显减轻，输出微波相位稳定性得到显著提高。采用电压830 kV、束流7.7 kA、脉宽190 ns的环行电子束驱动S波段3腔RKA，重复频率25 Hz运行得到了峰值功率1.55 GW、脉宽163 ns、相位抖动18°（rms）的输出微波。
2020, 32: 103003.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200195
摘要:
针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题，设计了一个G波段带状注速调管，展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A，1 mm×0.15 mm的椭圆电子注，以及与之相匹配的互作用系统，即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔，可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示，在考虑实际腔体损耗的情况下，能够获得超过500 W的功率，电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现，输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约；输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著，工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。
针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题，设计了一个G波段带状注速调管，展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A，1 mm×0.15 mm的椭圆电子注，以及与之相匹配的互作用系统，即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔，可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示，在考虑实际腔体损耗的情况下，能够获得超过500 W的功率，电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现，输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约；输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著，工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。
2020, 32: 103004.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200188
摘要:
针对器件工程应用中的高功率高增益需求，设计了工作在X波段的高功率高增益多注相对论速调管放大器，建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型。设计双边对称耦合孔输入腔结构，降低了输入波导对输入腔间隙电场均匀性的影响以抑制非均匀干扰模式；设计采用多腔多间隙群聚结构，降低了输入微波功率的需求，提高了器件放大增益；并且分析设计了多间隙扩展互作用微波提取结构，提高了器件的功率转换效率以及降低输出结构表面电场强度。通过优化设计，粒子模拟仿真实现X波段多注相对论速调管放大器输出微波功率达到3.2 GW，器件放大增益约为60 dB，功率转换效率约为40%。器件验证实验在电子束电压550 kV，电流5.1 kA的情况下，输出功率为0.99 GW，放大增益约为53 dB，转换效率约为35%。
针对器件工程应用中的高功率高增益需求，设计了工作在X波段的高功率高增益多注相对论速调管放大器，建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型。设计双边对称耦合孔输入腔结构，降低了输入波导对输入腔间隙电场均匀性的影响以抑制非均匀干扰模式；设计采用多腔多间隙群聚结构，降低了输入微波功率的需求，提高了器件放大增益；并且分析设计了多间隙扩展互作用微波提取结构，提高了器件的功率转换效率以及降低输出结构表面电场强度。通过优化设计，粒子模拟仿真实现X波段多注相对论速调管放大器输出微波功率达到3.2 GW，器件放大增益约为60 dB，功率转换效率约为40%。器件验证实验在电子束电压550 kV，电流5.1 kA的情况下，输出功率为0.99 GW，放大增益约为53 dB，转换效率约为35%。
2020, 32: 103005.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200202
摘要:
介绍一种新型超宽带（相对带宽≥17%）S波段大功率多注速调管的研制过程及研制成果，该速调管首次在S波段实现了17%的相对带宽，带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施，提高电子注流通率及注波互作用效率，降低高频部分的散热压力，使该速调管仅在120 kW的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW的平均功率。同时，通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了3 ms脉宽的稳定工作及连续24 h稳定工作不打火。为实现3 min内满功率输出及2000 h的寿命，对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。本项目在能够实现指标的前提下，进行了小批量的生产及车载环境的环境试验，并针对可能产生的不可靠性因素，进行了改进，使产品真正能实现工程化应用，为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。
介绍一种新型超宽带（相对带宽≥17%）S波段大功率多注速调管的研制过程及研制成果，该速调管首次在S波段实现了17%的相对带宽，带宽指标为国内宽带多注速调管首次实现。通过优化电子光学系统和高频段的参数设计、优化电子枪区的结构设计、优化整管散热系统设计等多项措施，提高电子注流通率及注波互作用效率，降低高频部分的散热压力，使该速调管仅在120 kW的峰值功率下实现了大于30%的效率及40 kW的平均功率。同时，通过近似连续波阴极发射电流密度的低阴极负荷设计、阴极区零部件多项预处理工艺措施等实现了3 ms脉宽的稳定工作及连续24 h稳定工作不打火。为实现3 min内满功率输出及2000 h的寿命，对阴极工作参数、电子枪区的工艺结构进行了反复优化。本项目在能够实现指标的前提下，进行了小批量的生产及车载环境的环境试验，并针对可能产生的不可靠性因素，进行了改进，使产品真正能实现工程化应用，为后续同类产品的设计提供有效的技术参考。
2020, 32: 103006.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200227
摘要:
高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一，其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA，主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数，说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式，Q值较大，有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式，在注入功率仅10 kW情况下，实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明，该器件具有效率高的优点，在电子束电压400 kV，电流5 kA，磁场强度0.4 T条件下，得到功率825 MW，频率14.25 GHz，效率41%的微波输出。
高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一，其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA，主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数，说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式，Q值较大，有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式，在注入功率仅10 kW情况下，实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明，该器件具有效率高的优点，在电子束电压400 kV，电流5 kA，磁场强度0.4 T条件下，得到功率825 MW，频率14.25 GHz，效率41%的微波输出。
2020, 32: 103007.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200207
摘要:
简要介绍了一种W波段分布作用速调管的设计思路、设计方案和模拟结果，并给出了该管的测试结果。该管采用大压缩比圆柱电子枪和永磁聚焦系统，阴极电压17 kV，阴极电流0.78 A；高频系统由5间隙和11间隙（输出腔）的分布作用腔组成，采用长短槽梯形结构。样管实现了脉冲输出功率大于2 kW、带宽500 MHz、增益40 dB、工作比5%等指标。
简要介绍了一种W波段分布作用速调管的设计思路、设计方案和模拟结果，并给出了该管的测试结果。该管采用大压缩比圆柱电子枪和永磁聚焦系统，阴极电压17 kV，阴极电流0.78 A；高频系统由5间隙和11间隙（输出腔）的分布作用腔组成，采用长短槽梯形结构。样管实现了脉冲输出功率大于2 kW、带宽500 MHz、增益40 dB、工作比5%等指标。
2020, 32: 103008.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200170
摘要:
在微波输能窗次级电子倍增效应的模拟研究中，往往忽视低能电子的作用。基于Monte Carlo算法，模拟输能窗次级电子倍增规律，研究了经典的Vaughan模型、Vincent模型和Rice模型三种二次电子发射模型下次级电子倍增效应的差异，通过拟合倍增敏感曲线，获得了低能电子对切向和法向电场作用下输能窗次级电子倍增效应的影响。模拟结果表明，当切向电场作用时，三个发射模型得到的敏感曲线几乎重合，低能电子对敏感曲线的影响甚微，其中Rice模型的敏感区域最大。当法向电场作用时，由Vincent模型拟合得到的敏感区域远大于其他两个模型。
在微波输能窗次级电子倍增效应的模拟研究中，往往忽视低能电子的作用。基于Monte Carlo算法，模拟输能窗次级电子倍增规律，研究了经典的Vaughan模型、Vincent模型和Rice模型三种二次电子发射模型下次级电子倍增效应的差异，通过拟合倍增敏感曲线，获得了低能电子对切向和法向电场作用下输能窗次级电子倍增效应的影响。模拟结果表明，当切向电场作用时，三个发射模型得到的敏感曲线几乎重合，低能电子对敏感曲线的影响甚微，其中Rice模型的敏感区域最大。当法向电场作用时，由Vincent模型拟合得到的敏感区域远大于其他两个模型。
2020, 32: 103009.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200193
摘要:
提出了一种工作在TM51-2π模式的Ka波段同轴多间隙谐振腔，使用CST本征模求解器研究了此结构的电场分布特性，并分析了基于外侧全通的耦合方式下该结构的冷腔模式特性。在此基础上，通过结合空间电荷波理论和CST三维粒子仿真分析，研究了在多电子注激励下同轴多间隙腔高次模式的起振特性，并分析了此种结构的模式稳定性与注-波互作用特性。研究结果表明：对于工作在Ka波段的TM51-2π模式同轴多间隙腔，采取结构外侧全耦合的方式具有较高的模式稳定性；在此结构中，多电子注不仅会均匀激励起工作模式，也可能非均匀激励起竞争模式；不同于工作在基模的扩展互作用速调管，此种结构的速调管电场极值是分别建立的，因此激励电子注可放置在不同相位的电场极值处；在保持电子注电压、总电流不变的情况下，采取更多电子注的激励方式，需要更小的聚焦磁场。
提出了一种工作在TM51-2π模式的Ka波段同轴多间隙谐振腔，使用CST本征模求解器研究了此结构的电场分布特性，并分析了基于外侧全通的耦合方式下该结构的冷腔模式特性。在此基础上，通过结合空间电荷波理论和CST三维粒子仿真分析，研究了在多电子注激励下同轴多间隙腔高次模式的起振特性，并分析了此种结构的模式稳定性与注-波互作用特性。研究结果表明：对于工作在Ka波段的TM51-2π模式同轴多间隙腔，采取结构外侧全耦合的方式具有较高的模式稳定性；在此结构中，多电子注不仅会均匀激励起工作模式，也可能非均匀激励起竞争模式；不同于工作在基模的扩展互作用速调管，此种结构的速调管电场极值是分别建立的，因此激励电子注可放置在不同相位的电场极值处；在保持电子注电压、总电流不变的情况下，采取更多电子注的激励方式，需要更小的聚焦磁场。
2020, 32: 103010.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200171
摘要:
首先采用运动学理论和空间电荷波理论推出了计算中间腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用调制电子束激励中间腔的非线性理论估算中间腔和输出腔间隙电压的幅度和相位，并提出了估算输出腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用这些理论和二维粒子模拟比较了中间腔和输出腔间隙入口处调制电流相位、中间腔和输出腔间隙电压相位。中间腔和输出间隙入口处调制电流相位误差为2.627°（模型1）和3.857°（模型2）。中间腔间隙电压幅度的相对误差是1.47%，输出腔幅度的相对误差是5.42%，中间腔相位的误差是4.017°（模型2）和5.427°（模型3），输出腔的相位的误差是12.32°。最后根据二维粒子模拟得出了三种模型调制电流的相位与距离的关系。相关理论计算结果与2D的PIC模拟结果进行了比对，验证了理论估算结果的可信度。
首先采用运动学理论和空间电荷波理论推出了计算中间腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用调制电子束激励中间腔的非线性理论估算中间腔和输出腔间隙电压的幅度和相位，并提出了估算输出腔间隙入口处调制电流相位的经验公式。采用这些理论和二维粒子模拟比较了中间腔和输出腔间隙入口处调制电流相位、中间腔和输出腔间隙电压相位。中间腔和输出间隙入口处调制电流相位误差为2.627°（模型1）和3.857°（模型2）。中间腔间隙电压幅度的相对误差是1.47%，输出腔幅度的相对误差是5.42%，中间腔相位的误差是4.017°（模型2）和5.427°（模型3），输出腔的相位的误差是12.32°。最后根据二维粒子模拟得出了三种模型调制电流的相位与距离的关系。相关理论计算结果与2D的PIC模拟结果进行了比对，验证了理论估算结果的可信度。
2020, 32: 101001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200143
摘要:
基于大模场面积掺镱光纤搭建了全光纤1064 nm高功率窄线宽光纤激光主振荡功率放大系统，实现了2625 W的最高功率输出，斜率效率76%。最高输出功率时，光束质量为Mx2＝1.273，My2＝1.255，3 dB光谱宽度为21.7 GHz，这是目前全光纤激光器在该光谱线宽下实现的最高输出功率。
2020, 32: 101002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200127
摘要:
成功制备了金纳米笼溶液并将其作为饱和吸收体，实现了中心波长为1106 nm的Nd:GAGG激光器的调Q运转。在输出镜透过率为3%的激光器中，在泵浦功率6.70 W下获得的最大平均输出功率为98 mW，此时对应的脉冲重复率为206 kHz，最短脉冲宽度为436 ns；在输出镜透过率为7%的激光器中，当泵浦功率为7.69 W时，得到的最大平均输出功率为121 mW，最短脉冲宽度为370 ns，对应的脉冲重复率为170 kHz。实验结果证明了金纳米笼在近红外波段激光器中用作饱和吸收体的巨大潜力。
成功制备了金纳米笼溶液并将其作为饱和吸收体，实现了中心波长为1106 nm的Nd:GAGG激光器的调Q运转。在输出镜透过率为3%的激光器中，在泵浦功率6.70 W下获得的最大平均输出功率为98 mW，此时对应的脉冲重复率为206 kHz，最短脉冲宽度为436 ns；在输出镜透过率为7%的激光器中，当泵浦功率为7.69 W时，得到的最大平均输出功率为121 mW，最短脉冲宽度为370 ns，对应的脉冲重复率为170 kHz。实验结果证明了金纳米笼在近红外波段激光器中用作饱和吸收体的巨大潜力。
2020, 32: 102001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200217
摘要:
运用理论分析方法计算研究了水分子在氢化锂表面的吸附行为，分析了氢化锂表面改性对其疏水性能的影响。结果表明，在LiH-111面和LiH-100面上构建槽结构、柱状结构后，水分子在其上的吸附力比完整表面更强，说明表面微结构的引入的确改变了势能分布。壁相交处存在势能叠加，加强了吸附水分子的能力，但是没有引起表面的亲水性能变化。水分子可以稳定的吸附在完美的LiH（001）表面，其解离能垒仅为0.386 eV，这一解离反应在室温下完全可以进行。水分子极易在具有结构缺陷的LiH表面解离，这是LiH在一定湿度的空气和水环境中极易分解的根本原因。
运用理论分析方法计算研究了水分子在氢化锂表面的吸附行为，分析了氢化锂表面改性对其疏水性能的影响。结果表明，在LiH-111面和LiH-100面上构建槽结构、柱状结构后，水分子在其上的吸附力比完整表面更强，说明表面微结构的引入的确改变了势能分布。壁相交处存在势能叠加，加强了吸附水分子的能力，但是没有引起表面的亲水性能变化。水分子可以稳定的吸附在完美的LiH（001）表面，其解离能垒仅为0.386 eV，这一解离反应在室温下完全可以进行。水分子极易在具有结构缺陷的LiH表面解离，这是LiH在一定湿度的空气和水环境中极易分解的根本原因。
2020, 32: 103011.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200225
摘要:
反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管作为加速器系统的功率源，具有脉冲输出功率高、平均功率大、寿命长的优势，在工业辐照、放射治疗、无损检测等领域具有广阔的应用前景。设计并研发了一种可用于加速器系统的反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管。其电子光学系统采用多电子注、周期反转永磁聚焦技术，高频系统工作在TM220高次模式、多腔参差调谐，散热采用水冷方式。通过计算确定了结构参数，研制出速调管样管，通过测试，获得了大于3 MW的峰值输出功率，和计算结果相吻合。
反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管作为加速器系统的功率源，具有脉冲输出功率高、平均功率大、寿命长的优势，在工业辐照、放射治疗、无损检测等领域具有广阔的应用前景。设计并研发了一种可用于加速器系统的反转永磁聚焦C波段高功率多注速调管。其电子光学系统采用多电子注、周期反转永磁聚焦技术，高频系统工作在TM220高次模式、多腔参差调谐，散热采用水冷方式。通过计算确定了结构参数，研制出速调管样管，通过测试，获得了大于3 MW的峰值输出功率，和计算结果相吻合。
2020, 32: 103012.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200211
摘要:
介绍了一种X波段高峰值功率速调管的研制方案，目前该管在X波段已经实现脉冲输出功率50 MW，效率57%，脉宽达到3.6 μs。通过COM法、圆波导行波窗、防晕环和陶瓷覆膜等关键技术的应用，解决了高效率、高峰值功率容量和高可靠性等难题。尤其是采用COM法优化电子注群聚，与采用二次谐波群聚法相比，在同样的高频管体长度下，可将互作用效率进一步提高10%左右。产品研制成功，将国内X波段速调管的功率水平由3 MW提升至50 MW，产品性能已达到国际先进水平。
介绍了一种X波段高峰值功率速调管的研制方案，目前该管在X波段已经实现脉冲输出功率50 MW，效率57%，脉宽达到3.6 μs。通过COM法、圆波导行波窗、防晕环和陶瓷覆膜等关键技术的应用，解决了高效率、高峰值功率容量和高可靠性等难题。尤其是采用COM法优化电子注群聚，与采用二次谐波群聚法相比，在同样的高频管体长度下，可将互作用效率进一步提高10%左右。产品研制成功，将国内X波段速调管的功率水平由3 MW提升至50 MW，产品性能已达到国际先进水平。
2020, 32: 103013.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200208
摘要:
电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键，毫米波速调管零件尺寸较小，为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率，要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析，确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案，利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算，并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统，电子枪工作电压26 kV，发射电流2 A，互作用区长度30 mm，磁场强度大于0.6 T，流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统，电子枪工作电压17 kV，电流0.65 A，互作用区长度20 mm，磁场大于0.9 T，流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管，设计的电子光学系统能够满足速调管工程化需求。
电子光学系统是毫米波速调管长寿命和整管性能实现的关键，毫米波速调管零件尺寸较小，为了在Ka波段和W波段实现千瓦量级的输出功率，要求具有高的电子注通过率及低的阴极负荷。对Ka波段和W波段电子光学系统特性进行了分析，确定了Ka波段10 kW分布作用速调管和W波段1 kW分布作用速调管电子光学系统的设计方案，利用软件对电子枪和聚焦系统的结构进行计算，并采用CST仿真软件对设计的电子枪发射的电子注在聚焦磁场中的状态进行优化。设计出的Ka波段速调管电子光学系统，电子枪工作电压26 kV，发射电流2 A，互作用区长度30 mm，磁场强度大于0.6 T，流通达到100%。设计的W波段速调管电子光学系统，电子枪工作电压17 kV，电流0.65 A，互作用区长度20 mm，磁场大于0.9 T，流通达到100%。已制成Ka波段速调管和W波段速调管，设计的电子光学系统能够满足速调管工程化需求。
2020, 32: 103014.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200097
摘要:
针对限幅器在高功率微波（HPM）作用下的尖峰泄漏问题，基于搭建的HPM注入实验平台和电路仿真开展了研究。研究结果表明：当注入功率超过6 dBm时，限幅器会出现尖峰泄漏现象，限幅器泄漏尖峰的上升沿与脉宽随着注入功率的增加而减小，而绝对尖峰泄漏功率随注入功率的增加呈增长趋势，平顶泄漏功率呈近似“线性增加-缓慢下降-小幅增长”趋势。并且，实验结果显示：HPM脉宽与重频对限幅器尖峰泄漏特性基本无影响，其泄漏特性变化规律与单次脉冲的基本一致；尖峰泄漏能量随注入功率的增加而降低。
针对限幅器在高功率微波（HPM）作用下的尖峰泄漏问题，基于搭建的HPM注入实验平台和电路仿真开展了研究。研究结果表明：当注入功率超过6 dBm时，限幅器会出现尖峰泄漏现象，限幅器泄漏尖峰的上升沿与脉宽随着注入功率的增加而减小，而绝对尖峰泄漏功率随注入功率的增加呈增长趋势，平顶泄漏功率呈近似“线性增加-缓慢下降-小幅增长”趋势。并且，实验结果显示：HPM脉宽与重频对限幅器尖峰泄漏特性基本无影响，其泄漏特性变化规律与单次脉冲的基本一致；尖峰泄漏能量随注入功率的增加而降低。
2020, 32: 103015.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200226
摘要:
传统的医疗及工业用直线加速器系统中一直使用磁控管作为功率源，特别是一些紧凑型加速器系统中，磁控管因为其尺寸与重量的优势成为唯一选择。通过利用多注速调管的低电压、尺寸小、重量轻的特点，研制成功功率量级远超磁控管同时尺寸重量接近的多注速调管，这将会为医疗及工业领域带来新的应用模式与产品类型。为满足医疗及工业辐照用中低能电子直线加速器的需求，近年来已研制出各类型高峰值功率速调管，在癌症治疗、无损检测、工业辐照等方面获得了广泛应用。介绍了一种小型化加速器用X波段多注速调管，其具有工作电压低、效率高、体积小、重量轻等特点，可应用于中低能放疗设备及小型化无损检测整机的加速器系统中。本管研制中重点解决了一体化线包聚焦、集成式冷却等技术，样管尺寸为ϕ200 mm×400 mm，重量为25 kg。三支样管测试已可稳定获得峰值输出功率3 MW。
传统的医疗及工业用直线加速器系统中一直使用磁控管作为功率源，特别是一些紧凑型加速器系统中，磁控管因为其尺寸与重量的优势成为唯一选择。通过利用多注速调管的低电压、尺寸小、重量轻的特点，研制成功功率量级远超磁控管同时尺寸重量接近的多注速调管，这将会为医疗及工业领域带来新的应用模式与产品类型。为满足医疗及工业辐照用中低能电子直线加速器的需求，近年来已研制出各类型高峰值功率速调管，在癌症治疗、无损检测、工业辐照等方面获得了广泛应用。介绍了一种小型化加速器用X波段多注速调管，其具有工作电压低、效率高、体积小、重量轻等特点，可应用于中低能放疗设备及小型化无损检测整机的加速器系统中。本管研制中重点解决了一体化线包聚焦、集成式冷却等技术，样管尺寸为ϕ200 mm×400 mm，重量为25 kg。三支样管测试已可稳定获得峰值输出功率3 MW。
2020, 32: 104001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200158
摘要:
研究了基于BEPCⅡ直线加速器的腔式束流位置探测系统（CBPM）的设计。本方案给出的CBPM探头工作频率为S波段，束流管道半径23 mm，参考腔TM010工作频率和位置腔TM110的工作频率一致。由线下测试结果可知，CBPM实物特征参数与仿真结果一致，CBPM水平和垂直方向工作频率分别为2502 MHz和2503 MHz；垂直和水平的四个端口交叉隔离度均优于−44.7 dB；测量线性区域好于10 mm。射频前端电子学负责对CBPM探头的模拟信号进行滤波、放大和下变频等调制。将CBPM探头置于标定平台，对经过CBPM信号进行时域和频域分析，通过计算得到CBPM水平、垂直方向线下分辨率分别为2.87 μm、2.16 μm。
研究了基于BEPCⅡ直线加速器的腔式束流位置探测系统（CBPM）的设计。本方案给出的CBPM探头工作频率为S波段，束流管道半径23 mm，参考腔TM010工作频率和位置腔TM110的工作频率一致。由线下测试结果可知，CBPM实物特征参数与仿真结果一致，CBPM水平和垂直方向工作频率分别为2502 MHz和2503 MHz；垂直和水平的四个端口交叉隔离度均优于−44.7 dB；测量线性区域好于10 mm。射频前端电子学负责对CBPM探头的模拟信号进行滤波、放大和下变频等调制。将CBPM探头置于标定平台，对经过CBPM信号进行时域和频域分析，通过计算得到CBPM水平、垂直方向线下分辨率分别为2.87 μm、2.16 μm。
2020, 32: 104002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200053
摘要:
考虑到中性粒子束对近地轨道太空垃圾的清理作用以及在太空探索中的潜在应用前景，研究了中性粒子束在亚轨道空间长程传输过程中影响束流能量和密度损失的主要物理机制，重点分析了剥离效应对束流损耗的影响。中性束剥离效应包括束流粒子之间碰撞导致的自剥离效应和其与大气粒子碰撞导致的剥离效应。以束密度随传播距离变化的方程为基础，通过引用几何因子来表征束流的自剥离效应强度，建立了剥离效应机制下束流的传输模型，由此评估了束流自剥离效应在中性束长程传输中对传输距离的影响关系。研究结果表明，在固定的高度，当中性束密度大于空气粒子密度时，自剥离效应的影响将非常突出，随着传输高度的升高，即使束密度和空气密度同时降低维持量级一致，自剥离效应对传输距离的影响在大几何因子的情况下仍会增强。
考虑到中性粒子束对近地轨道太空垃圾的清理作用以及在太空探索中的潜在应用前景，研究了中性粒子束在亚轨道空间长程传输过程中影响束流能量和密度损失的主要物理机制，重点分析了剥离效应对束流损耗的影响。中性束剥离效应包括束流粒子之间碰撞导致的自剥离效应和其与大气粒子碰撞导致的剥离效应。以束密度随传播距离变化的方程为基础，通过引用几何因子来表征束流的自剥离效应强度，建立了剥离效应机制下束流的传输模型，由此评估了束流自剥离效应在中性束长程传输中对传输距离的影响关系。研究结果表明，在固定的高度，当中性束密度大于空气粒子密度时，自剥离效应的影响将非常突出，随着传输高度的升高，即使束密度和空气密度同时降低维持量级一致，自剥离效应对传输距离的影响在大几何因子的情况下仍会增强。
2020, 32: 105001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200114
摘要:
气体火花开关是脉冲功率装置中最常用的关键器件。电极烧蚀作为脉冲功率开关中的难点问题，会引起开关自击穿电压降低、触发抖动增大及开关寿命降低，已成为制约气体开关发展和应用的一个瓶颈。本文回顾梳理了国内外学者针对电极烧蚀问题进行的一系列研究，从电极烧蚀理论和实验研究成果两个方面，介绍了电极烧蚀的基本机制及仿真模型，归纳了影响开关电极烧蚀的因素以及电极耐烧蚀材料的研究进展，最后讨论了电极烧蚀研究面临的问题以及优化电极材料抗烧蚀性能的方向。
2020, 32: 105002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200102
摘要:
介绍了一种基于新型高功率超高速半导体断路开关——漂移阶跃恢复二极管（DSRD）和可饱和脉冲变压器的高电压高重频超高速全固态脉冲源。设计了脉冲源的电路拓扑结构，理论上分析了脉冲源电路的工作原理，研究获得了可饱和脉冲变压器匝数、磁芯截面积及负载阻抗等参数对脉冲源输出特性的影响的规律。实验结果表明：脉冲源在50 kΩ阻性负载条件下，输出脉冲峰值电压约38.2 kV，脉冲前沿约7.1 ns，脉冲宽度约14.1 ns，输出峰值功率约29.2 kW，可在400 kHz重复频率下稳定工作。
介绍了一种基于新型高功率超高速半导体断路开关——漂移阶跃恢复二极管（DSRD）和可饱和脉冲变压器的高电压高重频超高速全固态脉冲源。设计了脉冲源的电路拓扑结构，理论上分析了脉冲源电路的工作原理，研究获得了可饱和脉冲变压器匝数、磁芯截面积及负载阻抗等参数对脉冲源输出特性的影响的规律。实验结果表明：脉冲源在50 kΩ阻性负载条件下，输出脉冲峰值电压约38.2 kV，脉冲前沿约7.1 ns，脉冲宽度约14.1 ns，输出峰值功率约29.2 kW，可在400 kHz重复频率下稳定工作。
2020, 32: 105003.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200135
摘要:
针对四轨电磁发射器的背场增强方案的电感梯度进行了仿真分析。根据虚功原理，推导了背场下的四轨电磁发射器电感梯度公式。建立了三维背场仿真模型，分析了不同主、附轨道参数下电感梯度的变化规律。仿真结果表明：添加背场后，增大发射器口径、减小主附轨间距和附轨道截面积均能够实现系统电感梯度的提升；背场增强下，在主轨道高度达到口径的57%时，邻近效应已变得明显；相同附轨道截面积下，为增大系统电感梯度应优先减小附轨道厚度，为缓解电流邻近效应可优先减小附轨道高度；凹形截面附轨道能够明显改善电流邻近效应。
针对四轨电磁发射器的背场增强方案的电感梯度进行了仿真分析。根据虚功原理，推导了背场下的四轨电磁发射器电感梯度公式。建立了三维背场仿真模型，分析了不同主、附轨道参数下电感梯度的变化规律。仿真结果表明：添加背场后，增大发射器口径、减小主附轨间距和附轨道截面积均能够实现系统电感梯度的提升；背场增强下，在主轨道高度达到口径的57%时，邻近效应已变得明显；相同附轨道截面积下，为增大系统电感梯度应优先减小附轨道厚度，为缓解电流邻近效应可优先减小附轨道高度；凹形截面附轨道能够明显改善电流邻近效应。
2020, 32: 106001.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200118
摘要:
针对新兴的能谱核素识别方法在混合放射性核素的噪声环境中存在识别速度慢、准确率较低等问题，提出了基于长短时记忆神经网络（LSTM）的能谱核素识别方法。实验使用溴化镧（LaBr3）晶体探测器，分别对环境中60Co、137Cs放射性源分组测量得到能谱数据集，首先使用数据平滑方法和归一化方法进行数据预处理，然后将能谱数据按时间序列分组以获得可用的输入序列数组，最后训练LSTM模型得到预测结果。通过基于BP神经网络和卷积神经网络（CNN）的两个能谱识别模型进行对比，得到在测试集中平均识别率分别为83.45%和86.21%，而LSTM能谱识别模型平均识别率为93.04%，实验结果表明，该能谱模型在核素识别效果中表现较好，可用于快速的能谱核素识别设备上。
针对新兴的能谱核素识别方法在混合放射性核素的噪声环境中存在识别速度慢、准确率较低等问题，提出了基于长短时记忆神经网络（LSTM）的能谱核素识别方法。实验使用溴化镧（LaBr3）晶体探测器，分别对环境中60Co、137Cs放射性源分组测量得到能谱数据集，首先使用数据平滑方法和归一化方法进行数据预处理，然后将能谱数据按时间序列分组以获得可用的输入序列数组，最后训练LSTM模型得到预测结果。通过基于BP神经网络和卷积神经网络（CNN）的两个能谱识别模型进行对比，得到在测试集中平均识别率分别为83.45%和86.21%，而LSTM能谱识别模型平均识别率为93.04%，实验结果表明，该能谱模型在核素识别效果中表现较好，可用于快速的能谱核素识别设备上。
2020, 32: 106002.
doi: 10.11884/HPLPB202032.200159
摘要:
结合辐照考验方案，评价了CF2先导燃料组件的机械性能及燃料棒的热力性能，结果表明各项性能均满足准则要求。结合辐照后池边检查结果，对CF2燃料组件的主要堆内辐照性能进行了研究，包括燃料组件及燃料棒生长和弯曲、定位格架生长等各项燃耗相关性能。结果表明，在燃耗达到44500 MWd/tU的情况下CF2燃料组件主要辐照性能均达到了预期水平，满足反应堆的使用要求。CF2燃料组件后续可批量应用于华龙一号。
结合辐照考验方案，评价了CF2先导燃料组件的机械性能及燃料棒的热力性能，结果表明各项性能均满足准则要求。结合辐照后池边检查结果，对CF2燃料组件的主要堆内辐照性能进行了研究，包括燃料组件及燃料棒生长和弯曲、定位格架生长等各项燃耗相关性能。结果表明，在燃耗达到44500 MWd/tU的情况下CF2燃料组件主要辐照性能均达到了预期水平，满足反应堆的使用要求。CF2燃料组件后续可批量应用于华龙一号。
