圆柱和平板磁绝缘传输线的横向空间电荷流.pdfVIP

　第 15 卷 　第 8 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 8 　 　2003 年 8 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Aug. ,2003 　 文章编号 : (2003) 圆柱和平板磁绝缘传输线的横向空间电荷流 林其文 , 　王文斗 , 　谢卫平 , 　王 　强 ( 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900) 　　摘 　要 : 　根据电磁场理论及电子运动守恒方程导出圆柱和平板传输线横向空间电荷流的数值模型和磁 绝缘临界条件 。通过数值计算 ,给出了传输线的几何结构参数和电压分别与空间电荷流的关系。 　　关键词 : 　平板 ; 　圆柱 ; 　磁绝缘传输线 ; 　横向空间电荷流 ; 　磁绝缘临界条件 　　中图分类号 : 　TN78 　　　　文献标识码 : 　A ( ) 　　脉冲功率在磁绝缘传输线 Magnetically insulated transmission line ,简称 M ITL 中传播时 ,其波阵面前沿区 尚未达到磁绝缘状态,阴极发射出的电子在电场作用下形成横向电流 ,并损失到阳极上。但是 ,这种横向电荷 ( ) 流又受到电流磁场的约束 箍缩 而向纵轴方向偏转 ,致使空间电荷流的横向分量逐渐减小。当磁场达到某临 界值时 ,横向空间电荷流降至零。研究 M ITL 的磁绝缘临界条件和横向空间电荷流与电压、磁场等的关系 ,对 理解脉冲功率在 M ITL 中的传播特性是很重要的 ,它在有效电路模拟中也是极为有用的[1 ] 。 　　至今 ,磁绝缘的稳态理论主要有三个模型 :单粒子模型、薄层流模型和任意动量模型[2 ,3 ] 。虽然后两个模 型考虑了空间电荷效应对真空间隙电磁场的影响 ,得到了更为精确的磁绝缘临界电流 ,但不能确定横向空间电 荷流 ,所以我们采用单粒子模型。 　　常用的高功率脉冲传输线的几何结构有平板、圆柱、圆锥等。Bergeron[4 ] 等人已研究了平板情况下的损失 电流。本文将考虑圆柱,而平板仅作为圆柱的极限情况进行讨论。本工作是在 Bergeron[4 ] 的平板研究基础上 进行的 ,但圆柱的主要研究结果是比较新的。 1 　理 　论 ( ) 　　传输线内电磁场以横电磁波 TEM 传播 , 即电场、磁场与功率传播方向互相垂直。假定 ,在同轴传输线 中 , 电场 E 仅在 r 方向 , 电极方向为负极向, 即内电极为阴极 ,半径 R c ,外电极为阳极 ,半径 R a ,磁场 B 仅在 方向, 功率在 z 方向传播, 电压 V 和矢势 A 与z 无关。因轴对称关系 ,所有物理量都与 无关, 速度分量 v = 0 。B 与A 的关系通过B = ×A 给出 ( ) B = - A z / r 1 　　借助安培定律 ,磁场与电流 I 的关系为