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小型化加速器用X波段多注速调管

崔萌 万知之 左向华 刘静 董成龙

崔萌, 万知之, 左向华, 等. 小型化加速器用X波段多注速调管[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 103015. doi: 10.11884/HPLPB202032.200226
引用本文: 崔萌, 万知之, 左向华, 等. 小型化加速器用X波段多注速调管[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 103015. doi: 10.11884/HPLPB202032.200226
Cui Meng, Wan Zhizhi, Zuo Xianghua, et al. X-band multi-beam klystron for compact accelerators[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 103015. doi: 10.11884/HPLPB202032.200226
Citation: Cui Meng, Wan Zhizhi, Zuo Xianghua, et al. X-band multi-beam klystron for compact accelerators[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 103015. doi: 10.11884/HPLPB202032.200226

小型化加速器用X波段多注速调管

doi: 10.11884/HPLPB202032.200226
详细信息
    作者简介:

    崔 萌(1986—),女,硕士,工程师,从事真空电子器件的研究;529437713@qq.com

  • 中图分类号: TN122

X-band multi-beam klystron for compact accelerators

  • 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。
  • 图  1  EGUN仿真结果

    Figure  1.  Simulation result by EGUN software

    图  2  轴向磁感应强度分布曲线

    Figure  2.  Distribution curve of axial magnetic induction intensity

    图  3  电子注在磁场中的PIC模拟

    Figure  3.  Simulation of electron beam focusing in magnetic field

    图  4  电子枪的电场分布模拟

    Figure  4.  Simulation of electric field distribution of electron gun

    图  5  四种相邻模式下的磁场分布图

    Figure  5.  Magnetic field distribution in four adjacent modes

    图  6  大信号模拟结果

    Figure  6.  Simulation result of large signal

    图  7  输出窗驻波比模拟结果

    Figure  7.  Simulation result of VSWR of output window

    图  8  输出窗的电场分布模拟

    Figure  8.  Simulation of electric field distribution of output window

    图  9  整管图片

    Figure  9.  Picture of whole tube

    图  10  X波段多注速调管测试系统

    Figure  10.  Test system of X-band multi beam klystron

    图  11  输出功率、增益、效率测试曲线

    Figure  11.  Test curve of output power, gain and efficiency

    表  1  主要技术指标

    Table  1.   Main technical parameters

    frequencyduty circle/%pulse voltage/kVefficiency/%focus modedimensions
    X-band0.2≤70≥40electromagneticϕ200 mm×400 mm
    output power/MWpulse width/μspulse current/ Again/ dBcooling modeweight/kg
    ≥35≤110≥45oil≤30
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    表  2  三支样管测试结果

    Table  2.   Test results of three sample tubes

    tube numberpulse voltage/kVpulse current/Aoutput power/MWgain/dBefficiency/%
    1 70 96 3.1 47 46.1
    2 70 98 3.12 48 45.5
    3 70 96 3.06 47 45.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 朱旭智. X波段同轴多注速调管优化及仿真[D]. 成都: 电子科技大学, 2015: 23-30.

    Zhu Xuzhi. Optimization and simulation on X-band coaxial multi-beam klystron[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2015: 23-30
    [2] 何享斌, 杨金生, 万知之, 等. X波段多注速调管双间隙输出腔设计和模拟[J]. 太赫兹科学与电子信息学报, 2018, 16(1):119-125. (He Xiangbin, Yang Jinsheng, Wan Zhizhi, et al. Design and simulation of double gap output cavity of X-band multibeam klystron[J]. Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology, 2018, 16(1): 119-125 doi: 10.11805/TKYDA201801.0119
    [3] 马玉彬. X及C波段大功率速调管的仿真模拟研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2018: 32-38.

    Ma Yubin. Simulation of X-band and C-band high power klystron[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2018: 32-38
    [4] 高杉, 刘大刚, 陈亚南, 等. S波段多注速调管的粒子模拟[J]. 真空电子技术, 2019(6):46-49. (Gao Shan, Liu Dagang, Chen Yanan, et al. Particle simulation of S-band multibeam klystron[J]. Vacuum Electronics, 2019(6): 46-49
    [5] Shabazian A, Begum R, Stockwell B C. Design and development of 5-MW X-band klystron for medical and cargo screening applications[C]//IEEE International Vaccum Electronics Conference. 2012: 167-168.
    [6] Gilmour A S. 速调管、行波管、磁控管、正交场放大器和回旋管[M]. 北京: 国防工业出版社, 2011: 236-248.

    Gilmour A S. Klytrons, traveling wave tubes, magnetrons, crossed-field amplifiers, and gyrotrons[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2011: 236-248
    [7] 丁耀根. 大功率速调管的设计制造和应用[M]. 北京: 国防工业出版, 2010: 133-145.

    Ding Yaogen. Design, manufacture and application of high power klystron[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2010: 133-145
    [8] 孙鹏. X波段高峰值功率多注速调管的研究[D]. 北京: 中国科学院研究生院, 2007: 65-73.

    Sun Peng. Research on X-band high power multi-beam klystron[D]. Beijing: Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, 2007: 65-73
    [9] 丁耀根, 刘濮鲲, 张兆传, 等. 大功率速调管的技术现状和研究进展[J]. 真空电子技术, 2010(6):1-8. (Ding Yaogen, Liu Pukun, Zhang Chuanzhao, et al. The state art and research progresses of high power klystron[J]. Vacuum Electronics, 2010(6): 1-8 doi: 10.3969/j.issn.1002-8935.2010.06.001
    [10] Jensen A, Neilson J, Tantawi S. X-band multi-beam klystron design and progress report[C]//EEE International Vaccum Electronics Conference. 2015: 1-2.
    [11] Ding Y, Shen B, Cao J, et al. Research progress on X-band multi-beam klystron[C]//EEE International Vaccum Electronics Conference. 2009: 421-422.
    [12] 韩慧鹏, 王勇, 张瑞. 高次模多注速调管同轴输出腔性能改进的研究[J]. 电子与信息学报, 2011, 33(8):1981-1987. (Han Huipeng, Wang Yong, Zhang Rui. Study of the performance improvement on coaxial output cavity for higher-order mode multiple-beam klystron[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2011, 33(8): 1981-1987
    [13] 张瑞, 王勇. 高峰值功率多注速调管的发展现状[J]. 真空电子技术, 2007-03 25-30.

    Zhang Rui, Wang Yong. Development of high peak power multi-beam klystron[J]. Vacuum Electronics, 2001-03 25-30
    [14] 董玉和, 丁耀根, 肖刘. 微波同轴腔高阶TM模式参数的计算[J]. 强激光与粒子束, 2005, 17(7):1038-1042. (Dong Yuhe, Ding Yaogen, Xiao Liu. Calculation of higher-order TM mode parameters of microwave cylindrical coaxial cavity resonator[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2005, 17(7): 1038-1042
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-31
  • 修回日期:  2020-09-23
  • 刊出日期:  2020-09-29

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