长脉冲相对论速调管放大器的初步实验研究X.pdfVIP

　第 14 卷 　第 6 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 14 ,No. 6 　 　2002 年 11 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Nov. ,2002 　 ( ) 文章编号 : 2002 长脉冲相对论速调管放大器的初步实验研究 黄 　华 , 　范植开 , 　马乔生 , 　谭 　杰 , 　甘延青 , 　常安碧 , 　苏 　昶 ( 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900) ( ) ( ) 　　摘 　要 : 　介绍了L 波段长脉冲相对论速调管放大器 RKA 的强流相对论电子束 IREB 的调制及微波提 取等方面的实验研究。重点分析了束流经过中间腔间隙调制后束流脉冲缩短和输出微波脉冲缩短问题 ,经过 对注入微波、中间腔和输出腔等参数的调节 ,得到了比较强的基波调制电流和微波辐射。采用 446kV3. 0kA1. μ 4 s 的空心电子束 ,经过四腔放大后 ,得到 381MW200ns 的辐射微波 ,束波转换效率 28 % ,增益 34dB 。 　　关键词 : 　相对论速调管放大器 ; 　强流相对论电子束 ; 　束流调制 ; 　脉冲缩短 　　中图分类号 : 　TN62 　　　　文献标识码 : 　A 　　在高功率微波器件研究中 ,当电子束流脉宽大于 1μ s 时 ,一般称之为长脉冲。作者在 L 波段短脉冲强流 RKA 研究取得较大进展的基础上[1 ] ,利用初步建立的一套 RKA 系统 ,开展了长脉冲强流 RKA 的实验研究[2 ] 。 研究中发现不少长脉冲 RKA 特有的物理问题 ,特别是长脉冲 IREB 的稳定传输、束流调制及微波提取等方面对 束流传输系统和高频系统提出了更高的要求。经过对注入微波和中间腔参数的优化调节以及降低输出腔有载 Q 值后得到了较好的实验结果。本文重点介绍长脉冲 IREB 经过中间腔间隙调制后束流脉冲缩短的问题 ,并 阐述输出微波脉冲缩短的原因和新研制的低Q 值输出腔对微波提取的影响。 1 　长脉冲强流相对论电子束的调制 　　长脉冲强流 RKA 的实验系统布局如图 1 。阴极产生的电子束在磁场的引导下经过输入腔间隙时受到外部 注入微波的速度调制 ,随后在漂移管传输过程中发生密度群聚。这种密度不均的电子束在穿过中间腔间隙时 将激励更强的驻波场 ,该驻波场对后续穿过的电子束进一步调制 ,使得束流在以后的传输过程中进一步增强群 聚。高度群聚的电子束穿过输出腔间隙时在腔内激励很强的微波 ,最后通过喇叭向外辐射。长脉冲加速器的 μ 无箔空心二极管产生的电子束额定参数为 : 电压 500kV 、电流 3. 5kA 、脉宽 1. 4 s , 电子束直径 5. 7cm ,厚度 0. 7cm 。 Fig. 1 　Schematic drawings of experiment device of long pulse relativistic klystron amplifier 图 1 　长脉冲 RKA 实验系统框图 1. 1 　束流经过输入腔间隙后的调制 　　在短脉冲 L 波段 RKA 输入腔研究中发现[3 ] ,微波注入不稳定 ,而且束流调制深度比理论分析值小[4 ]