CN103474314A - 径向无箔二极管引导磁场系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向无箔二极管引导磁场系统，主要解决了现有技术中存在的引导电子束传输的实现难度较大，体积、重量以及功耗较高，造价昂贵，不能满足技术发展需求的问题。其包括由圆柱导体构成的阴极支撑杆（1），一侧下方与阴极支撑杆（1）相连、由圆盘导体构成的发射盘，位于发射盘正上方的径向传输线（4），分别连接于径向传输线（4）与发射盘距离最近一端两侧的第一阳极壁（2）和第二阳极壁（8），位于发射盘外侧、一端与第一阳极壁（2）或第二阳极壁（8）连接径向传输线（4）一端相对的另一端相连的第三阳极壁（9）。通过上述方案，本发明达到了易于实施，符合技术发展需求的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

径向无箔二极管引导磁场系统

技术领域

本发明涉及一种引导磁场系统，具体地说，是涉及一种永磁环与螺线盘组合聚焦方式的径向无箔二极管引导磁场系统。

背景技术

在高功率微波源的发展过程中，高功率、高频率、高效率和小型化成为多数高功率微波源发展的方向。在相同束流下，使用较大发射横截面的无箔二极管产生的径向电子束具有较低的束流密度和空间电荷效应，可以在获得较高束波转换效率的同时减小对引导磁场强度的需求，有利于实现系统的高效率和小型化，并且能够避免电子束穿透阳极网带来的电子束散射和通过率减小的问题。

由于无箔二极管中取消了阳极网，因此需要外加引导磁场来控制电子束传输，通常采用的方法是将无箔二极管浸没在具有一定强度的引导磁场中，当前被广泛采用的产生引导磁场的方式有以下几种：第一种方法是使用电磁线圈，线圈产生的磁场分布具有调节方便的特点，但是由于二极管端部尺寸较大的原因，线圈在阴极端部产生的磁场值较小，因此在阴极端部产生所需的磁场强度值需要消耗较大的功率；第二种方法是使用超导磁体，超导磁体系统造价昂贵，不利于市场应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种径向无箔二极管引导磁场系统，主要解决现有技术中存在的引导磁场系统的性价比较低，体积、重量和功耗较大，不利于市场推广应用的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

径向无箔二极管引导磁场系统，包括主要由阴极发射体，设置于阴极发射体外侧的导体，位于阴极发射体正上方的径向传输线，分别连接于径向传输线 与阴极发射体距离最近一端的两侧、位于阴极发射体外围的阳极壁构成的径向无箔二极管，还包括设置于径向传输线左右两侧、与径向传输线和阳极壁之间均存在间隙的螺线盘，所述径向无箔二极管内的阴极发射体左右两侧分别设置有永磁环。

进一步地，所述永磁环与阴极发射体之间存在间隙。

具体地说，所述设置于径向传输线 左右两侧的螺线盘包括呈层状分布的第一螺线盘和第二螺线盘，其中距阴极发射体较远的螺线盘的轴向长度小于距阴极发射体较近的螺线盘的轴向长度。

本发明中，所述阴极发射体 左右两侧的永磁环 的顶点均为阴极发射体两侧导体表面或内部中的任意一点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中，通过对永磁环、螺线盘的巧妙设置，实现了径向电子束的稳定传输，结构紧凑、体积和重量较小、消耗功率较低，产生的磁场分布易于调节，设计十分巧妙。

（2）本发明中，将永磁环设置在阴极发射体左右两侧，从而极大的提高了阴极端部的磁场强度，因此不需要通过外加较大线圈电流的方式来提高阴极端部磁场，有利于减小线圈产生的功耗；巧妙地设置了第一螺线盘和第二螺线盘，螺线盘自身流通的电流较小，且随着径向方向尺寸的增加，螺线盘轴向方向的长度进一步减小，进而形成沿径向渐减的磁场位形分布，同样有利于减小线圈的功耗，整个引导磁场系统的体积和重量较小，功耗较低，十分适用。

（3）本发明结构简单、性价比较高，符合技术发展需求，有利于市场应用，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明的剖视图。

图2为本发明实施例在中心线上产生的径向引导磁场曲线。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-阴极发射体，2-永磁环，3-导体，4-径向传输线，5-第一螺线盘，6-第二螺线盘，7-阳极壁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

为了解决现有技术中存在的引导电子束传输的实现难度较大，体积、重量以及功耗较高，造价昂贵，不能满足技术发展需求的问题，如图1所示，本发明公开了一种径向无箔二极管引导磁场系统，本发明中的径向无箔二极管内部包括由具有一定半径的圆柱导体构成的阴极支撑杆，由具有一定厚度的圆环导体构成的阴极发射体1，其外部包括由导体构成的阳极壁7（第一阳极壁、第二阳极壁、第三阳极壁）和两块相互平行导体构成的径向传输线4，第一阳极壁和第二阳极壁分别位于径向传输线4两侧，与对应的构成径向传输线4的导体连接；阴极发射体为具有一定厚度的盘形或环形发射体，其左右两侧连接有导体3；在外加电压下第一阳极壁、第二阳极壁、第三阳极壁与阴极支撑杆和发射体之间的间距满足阴极支撑杆和导体3的表面场强值小于金属导体的发射阈值且发射盘的表面场强值大于其材料发射阈值的条件；阴极发射体1的中心线与径向传输线4的中心线重合。本发明包括设置于径向无箔二极管内部阴极发射体1左右两侧的永磁环2和外部径向传输线4左右两侧的两层螺线盘（第一螺线盘5、第二螺线盘6）共同组成。

其中，阴极发射体1两侧永磁环2的顶点为阴极发射体两侧导体 3表面或内部中的任意一点，永磁环2与阴极发射体1之间存在一定的间距；径向传输线4两侧的螺线盘与阳极外壁及径向传输线4外壁均保持一定的间距，其起始半径与径向传输线4的起始半径基本保持一致；径向传输线4两侧的螺线盘根据轴向方向长度的不同而分为两层，且上层螺线盘（距阴极发射体较远）的轴向长度低于下层螺线盘（距阴极发射体较近）的轴向长度。

本实施例实现引导径向电子束传输的过程如下：

无箔二极管内部阴极发射体1左右两侧的永磁环2在阴阳极间隙内产生恒定的径向磁场，外部径向传输线4左右两侧的螺线盘流通一定大小电流后在阴阳极间隙与径向传输线4内产生径向磁场，二者产生的径向磁场相互叠加后形成沿径向逐渐减小的磁场位形分布，无箔二极管阴极发射体1产生的电子束在该引导磁场的约束下实现径向方向的稳定传输。

本实施例中给出了一种用于引导2GW功率的径向电子束传输时，本实施例的具体尺寸为：阴极发射体半径100mm、轴向长2mm，永磁环2内半径43.2mm、外半径93.2mm、轴向长21mm、间距10mm，永磁体磁牌号为N45，磁化方向为轴向方向；阴极左右两侧导体3外半径100mm、轴向长30mm、平顶部分轴向长10mm，倒弧部分半径20mm；第二螺线盘6内半径118mm、外半径168mm、轴向长51mm，间距15mm；第一螺线盘5内半径169mm、外半径217mm、轴向长21mm，间距15mm；单根导线径向长1mm、轴向长3mm；下层螺线盘导线上流通的电流为24A，上层螺线盘导线上流通的电流为20A。

根据上述参数所设计的引导磁场系统在中心线上的产生的径向磁场分布曲线如图2所示，图中横坐标的物理意义为径向方向的位置，单位为mm，纵坐标的物理意义为径向磁感应强度，单位为mt，在图2所示的引导磁场分布下，模拟得到径向电子束束轨迹，数值模拟结果表明：当径向电子束束压为300kV，束流为6.7kA时，电子束径向方向传输过程中轴向方向束宽最大值为1.32mm，线圈的功耗为8.8kW，永磁环质量为6.7kg，仿真中未发现电子束打在径向线内壁上的问题。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (4)

1.径向无箔二极管引导磁场系统，包括主要由阴极发射体（1），设置于阴极发射体（1）外侧的导体（3），位于阴极发射体（1）正上方的径向传输线（4），分别连接于径向传输线（4）与阴极发射体（1）距离最近一端的两侧、位于阴极发射体（1）外围的阳极壁（7）构成的径向无箔二极管，其特征在于，还包括设置于径向传输线（4）左右两侧、与径向传输线（4）和阳极壁（7）之间均存在间隙的螺线盘，所述径向无箔二极管内的阴极发射体（1）左右两侧分别设置有永磁环（2）。

2.根据权利要求1所述的径向无箔二极管引导磁场系统，其特征在于，所述永磁环（2）与阴极发射体（1）之间存在间隙。

3.根据权利要求1所述的径向无箔二极管引导磁场系统，其特征在于，所述设置于径向传输线（4）左右两侧的螺线盘包括呈层状分布的第一螺线盘（5）和第二螺线盘（6），其中距阴极发射体（1）较远的螺线盘的轴向长度小于距阴极发射体（1）较近的螺线盘的轴向长度。

4.根据权利要求1所述的径向无箔二极管引导磁场系统，其特征在于，所述阴极发射体（1）左右两侧的永磁环（2）的顶点均为阴极发射体（1）两侧导体（3）表面或内部中的任意一点。

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