徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的引導(dǎo)電子束傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)難度較大，體積、重量以及功耗較高，造價(jià)昂貴，不能滿足技術(shù)發(fā)展需求的問題。其包括由圓柱導(dǎo)體構(gòu)成的陰極支撐桿（1），一側(cè)下方與陰極支撐桿（1）相連、由圓盤導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)射盤，位于發(fā)射盤正上方的徑向傳輸線（4），分別連接于徑向傳輸線（4）與發(fā)射盤距離最近一端兩側(cè)的第一陽極壁（2）和第二陽極壁（8），位于發(fā)射盤外側(cè)、一端與第一陽極壁（2）或第二陽極壁（8）連接徑向傳輸線（4）一端相對的另一端相連的第三陽極壁（9）。通過上述方案，本發(fā)明達(dá)到了易于實(shí)施，符合技術(shù)發(fā)展需求的目的，具有很高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
【專利說明】徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，具體地說，是涉及一種永磁環(huán)與螺線盤組合聚焦方式的徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在高功率微波源的發(fā)展過程中，高功率、高頻率、高效率和小型化成為多數(shù)高功率微波源發(fā)展的方向。在相同束流下，使用較大發(fā)射橫截面的無箔二極管產(chǎn)生的徑向電子束具有較低的束流密度和空間電荷效應(yīng)，可以在獲得較高束波轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)減小對引導(dǎo)磁場強(qiáng)度的需求，有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效率和小型化，并且能夠避免電子束穿透陽極網(wǎng)帶來的電子束散射和通過率減小的問題。
[0003]由于無箔二極管中取消了陽極網(wǎng)，因此需要外加引導(dǎo)磁場來控制電子束傳輸，通常采用的方法是將無箔二極管浸沒在具有一定強(qiáng)度的引導(dǎo)磁場中，當(dāng)前被廣泛采用的產(chǎn)生引導(dǎo)磁場的方式有以下幾種:第一種方法是使用電磁線圈，線圈產(chǎn)生的磁場分布具有調(diào)節(jié)方便的特點(diǎn)，但是由于二極管端部尺寸較大的原因，線圈在陰極端部產(chǎn)生的磁場值較小，因此在陰極端部產(chǎn)生所需的磁場強(qiáng)度值需要消耗較大的功率；第二種方法是使用超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)磁體系統(tǒng)造價(jià)昂貴，不利于市場應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的引導(dǎo)磁場系統(tǒng)的性價(jià)比較低，體積、重量和功耗較大，不利于市場推廣應(yīng)用的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，包括主要由陰極發(fā)射體，設(shè)置于陰極發(fā)射體外側(cè)的導(dǎo)體，位于陰極發(fā)射體正上方的徑向傳輸線，分別連接于徑向傳輸線與陰極發(fā)射體距離最近一端的兩側(cè)、位于陰極發(fā)射體外圍的陽極壁構(gòu)成的徑向無箔二極管，還包括設(shè)置于徑向傳輸線左右兩側(cè)、與徑向傳輸線和陽極壁之間均存在間隙的螺線盤，所述徑向無箔二極管內(nèi)的陰極發(fā)射體左右兩側(cè)分別設(shè)置有永磁環(huán)。
[0006]進(jìn)一步地，所述永磁環(huán)與陰極發(fā)射體之間存在間隙。
[0007]具體地說，所述設(shè)置于徑向傳輸線左右兩側(cè)的螺線盤包括呈層狀分布的第一螺線盤和第二螺線盤，其中距陰極發(fā)射體較遠(yuǎn)的螺線盤的軸向長度小于距陰極發(fā)射體較近的螺線盤的軸向長度。
[0008]本發(fā)明中，所述陰極發(fā)射體左右兩側(cè)的永磁環(huán)的頂點(diǎn)均為陰極發(fā)射體兩側(cè)導(dǎo)體表面或內(nèi)部中的任意一點(diǎn)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明中，通過對永磁環(huán)、螺線盤的巧妙設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了徑向電子束的穩(wěn)定傳輸，結(jié)構(gòu)緊湊、體積和重量較小、消耗功率較低，產(chǎn)生的磁場分布易于調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)十分巧妙。
[0010](2)本發(fā)明中，將永磁環(huán)設(shè)置在陰極發(fā)射體左右兩側(cè)，從而極大的提高了陰極端部的磁場強(qiáng)度，因此不需要通過外加較大線圈電流的方式來提高陰極端部磁場，有利于減小線圈產(chǎn)生的功耗；巧妙地設(shè)置了第一螺線盤和第二螺線盤，螺線盤自身流通的電流較小，且隨著徑向方向尺寸的增加，螺線盤軸向方向的長度進(jìn)一步減小，進(jìn)而形成沿徑向漸減的磁場位形分布，同樣有利于減小線圈的功耗，整個(gè)引導(dǎo)磁場系統(tǒng)的體積和重量較小，功耗較低，十分適用。
[0011](3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比較高，符合技術(shù)發(fā)展需求，有利于市場應(yīng)用，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的剖視圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例在中心線上產(chǎn)生的徑向引導(dǎo)磁場曲線。
[0014]上述附圖中，附圖標(biāo)記對應(yīng)的部件名稱如下:
1-陰極發(fā)射體，2-永磁環(huán)，3-導(dǎo)體，4-徑向傳輸線，5-第一螺線盤，6-第二螺線盤，7-陽極壁。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0016]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的引導(dǎo)電子束傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)難度較大，體積、重量以及功耗較高，造價(jià)昂貴，不能滿足技術(shù)發(fā)展需求的問題，如圖1所示，本發(fā)明公開了一種徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，本發(fā)明中的徑向無箔二極管內(nèi)部包括由具有一定半徑的圓柱導(dǎo)體構(gòu)成的陰極支撐桿，由具有一定厚度的圓環(huán)導(dǎo)體構(gòu)成的陰極發(fā)射體1，其外部包括由導(dǎo)體構(gòu)成的陽極壁7 (第一陽極壁、第二陽極壁、第三陽極壁)和兩塊相互平行導(dǎo)體構(gòu)成的徑向傳輸線4，第一陽極壁和第二陽極壁分別位于徑向傳輸線4兩側(cè)，與對應(yīng)的構(gòu)成徑向傳輸線4的導(dǎo)體連接；陰極發(fā)射體為具有一定厚度的盤形或環(huán)形發(fā)射體，其左右兩側(cè)連接有導(dǎo)體3 ;在外加電壓下第一陽極壁、第二陽極壁、第三陽極壁與陰極支撐桿和發(fā)射體之間的間距滿足陰極支撐桿和導(dǎo)體3的表面場強(qiáng)值小于金屬導(dǎo)體的發(fā)射閾值且發(fā)射盤的表面場強(qiáng)值大于其材料發(fā)射閾值的條件；陰極發(fā)射體I的中心線與徑向傳輸線4的中心線重合。本發(fā)明包括設(shè)置于徑向無箔二極管內(nèi)部陰極發(fā)射體I左右兩側(cè)的永磁環(huán)2和外部徑向傳輸線4左右兩側(cè)的兩層螺線盤(第一螺線盤5、第二螺線盤6)共同組成。
[0017]其中，陰極發(fā)射體I兩側(cè)永磁環(huán)2的頂點(diǎn)為陰極發(fā)射體兩側(cè)導(dǎo)體3表面或內(nèi)部中的任意一點(diǎn)，永磁環(huán)2與陰極發(fā)射體I之間存在一定的間距；徑向傳輸線4兩側(cè)的螺線盤與陽極外壁及徑向傳輸線4外壁均保持一定的間距，其起始半徑與徑向傳輸線4的起始半徑基本保持一致；徑向傳輸線4兩側(cè)的螺線盤根據(jù)軸向方向長度的不同而分為兩層，且上層螺線盤(距陰極發(fā)射體較遠(yuǎn))的軸向長度低于下層螺線盤(距陰極發(fā)射體較近)的軸向長度。
[0018]本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)徑向電子束傳輸?shù)倪^程如下:
無箔二極管內(nèi)部陰極發(fā)射體I左右兩側(cè)的永磁環(huán)2在陰陽極間隙內(nèi)產(chǎn)生恒定的徑向磁場，外部徑向傳輸線4左右兩側(cè)的螺線盤流通一定大小電流后在陰陽極間隙與徑向傳輸線4內(nèi)產(chǎn)生徑向磁場，二者產(chǎn)生的徑向磁場相互疊加后形成沿徑向逐漸減小的磁場位形分布，無箔二極管陰極發(fā)射體I產(chǎn)生的電子束在該引導(dǎo)磁場的約束下實(shí)現(xiàn)徑向方向的穩(wěn)定傳輸。
[0019]本實(shí)施例中給出了一種用于引導(dǎo)2GW功率的徑向電子束傳輸時(shí),本實(shí)施例的具體尺寸為:陰極發(fā)射體半徑100mm、軸向長2mm,永磁環(huán)2內(nèi)半徑43.2mm、外半徑93.2mm、軸向長21mm、間距IOmm,永磁體磁牌號為N45,磁化方向?yàn)檩S向方向；陰極左右兩側(cè)導(dǎo)體3外半徑100mm、軸向長30mm、平頂部分軸向長IOmm,倒弧部分半徑20mm ;第二螺線盤6內(nèi)半徑118mm、外半徑168mm、軸向長51mm,間距15mm ;第一螺線盤5內(nèi)半徑169mm、外半徑217mm、軸向長21mm,間距15mm ;單根導(dǎo)線徑向長1mm、軸向長3mm ;下層螺線盤導(dǎo)線上流通的電流為24A，上層螺線盤導(dǎo)線上流通的電流為20A。
[0020]根據(jù)上述參數(shù)所設(shè)計(jì)的引導(dǎo)磁場系統(tǒng)在中心線上的產(chǎn)生的徑向磁場分布曲線如圖2所示，圖中橫坐標(biāo)的物理意義為徑向方向的位置，單位為mm，縱坐標(biāo)的物理意義為徑向磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為mt，在圖2所示的引導(dǎo)磁場分布下，模擬得到徑向電子束束軌跡，數(shù)值模擬結(jié)果表明:當(dāng)徑向電子束束壓為300kV，束流為6.7kA時(shí)，電子束徑向方向傳輸過程中軸向方向束寬最大值為1.32mm,線圈的功耗為8.8kW,永磁環(huán)質(zhì)量為6.7kg,仿真中未發(fā)現(xiàn)電子束打在徑向線內(nèi)壁上的問題。
[0021 ] 按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，包括主要由陰極發(fā)射體(1)，設(shè)置于陰極發(fā)射體(I)外側(cè)的導(dǎo)體(3 ),位于陰極發(fā)射體(I)正上方的徑向傳輸線(4),分別連接于徑向傳輸線(4)與陰極發(fā)射體(I)距離最近一端的兩側(cè)、位于陰極發(fā)射體(I)外圍的陽極壁(7)構(gòu)成的徑向無箔二極管，其特征在于，還包括設(shè)置于徑向傳輸線(4)左右兩側(cè)、與徑向傳輸線(4)和陽極壁(7)之間均存在間隙的螺線盤，所述徑向無箔二極管內(nèi)的陰極發(fā)射體(I)左右兩側(cè)分別設(shè)置有永磁環(huán)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁環(huán)(2)與陰極發(fā)射體(I)之間存在間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)置于徑向傳輸線(4)左右兩側(cè)的螺線盤包括呈層狀分布的第一螺線盤(5)和第二螺線盤(6)，其中距陰極發(fā)射體(I)較遠(yuǎn)的螺線盤的軸向長度小于距陰極發(fā)射體(I)較近的螺線盤的軸向長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向無箔二極管引導(dǎo)磁場系統(tǒng)，其特征在于，所述陰極發(fā)射體(I)左右兩側(cè)的永磁環(huán)(2 )的頂點(diǎn)均為陰極發(fā)射體(I)兩側(cè)導(dǎo)體(3 )表面或內(nèi)部中的任思 點(diǎn)。
【文檔編號】H01J23/087GK103474314SQ201310448430
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】劉慶想, 李相強(qiáng), 孔龍, 張健穹, 王邦繼 申請人:西南交通大學(xué)