通电螺线管2维磁场有限元计算［］［］［］狓［］狔-强激光与粒子束.pdfVIP

第 卷第 期 强 激 光 与 粒 子 束 ， ２３ ８ Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．８ 　 　 年 月 ， ２０１１ ８ ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ Ａｕ． ２０１１ 　 ｇ 　 文章编号： （ ） １００１４３２２２０１１０８２１５１０６ 　 通电螺线管 维磁场有限元计算 ２ 彭 斓， 杨中海， 胡 权， 黄 桃， 李 斌 　 　 　 　 　 　 　 　 （电子科技大学 大功率微波电真空器件技术国防科技重点实验室，成都 ６１００５４） 摘 要： 通过对通电螺线管磁系统理论分析，实现了通电螺线管 维磁场计算。该算法是采用一次、二 ２ 　　 　 　 次插值函数计算螺线管模型磁场的有限元算法，用于求解螺线管内外任意位置处的磁感应强度分布。实现了 螺线管及周期结构的计算，并将结果与ＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌ２Ｄ的计算结果进行了对比。结果表明：较一次插值函 数有限元算法相比，二次插值函数算法在对称轴上轴向磁感应强度的分布更准确，体现了该算法的优越性，具 有显著的工程应用价值。 关键词： 通电螺线管； 磁聚焦系统； 有限元法； 周期结构 　　 　 　 　 　 中图分类号： 文献标志码： ： ／ ＴＮ１２３ Ａ 犱狅犻１０．３７８８ＨＰＬＰ２１５１ 　　 　 　　　　 　 　　 磁聚焦系统是微波管最重要的结构之一，它直接影响到微波电子管的工作频率、效率和寿命。磁聚焦系统 　　 具有一定分布的磁场，可以约束带电粒子的运动，维持电子注形状，平衡自由电子运动产生的空间电荷发散力。 而通电螺线管因为其电流可调性高，能得到任意长度和大小的均匀磁场，应用非常广泛。目前，可用于磁场模 拟计算的软件有很多，如 ， ， ， 等。国内外很多学者也对此做了比较深入的 ＭａｆｉａＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌＡＮＳＹＳＣＳＴ ［ ］ １５ 研究和探讨 ，但是还没有一个比较成熟的软件。求解磁场的数值方法主要采用有限差分法和有限元法。相 对于有限差分法，有限元法对复杂边界及交界面的处理更合理，网格划分更灵活多变，求解精度更高。本文从 空间磁场计算基本方程入手，分别采用了 维一次、二次插值有限元方法，实现了通电螺线管 维轴对称磁场 ２ ２ 分布的计算，并对结果进行了比较和讨论。 １ 理论基础 　 静磁问题中，麦克斯韦微分方程为 　　 （） 犅 犑