一、Instability of relativistic electron beam with strong magnetic field（论文文献综述）
谭军豪[1]（2021）在《超短超强激光驱动的直接电子加速及高品质辐射》文中指出高能粒子加速器及高亮度辐射源在基础科学研究、工业生产测试及医疗健康等领域的应用日益广泛,在国民生活中也发挥着越来越不可替代的作用,应用需求持续增强。伴随着超强激光技术的发展,激光等离子体加速及辐射源的相关研究日趋成熟,并取得了一系列里程碑式的进展;由于其加速梯度高、脉宽短、亮度高、源尺寸小等特点,被认为在高能电子加速器、先进X光光源的小型化甚至普及化方面将发挥重要作用。本文介绍了作者攻读博士学位期间在超短超强激光驱动的直接电子加速及X-ray辐射方面开展的研究工作,论文主要分为以下几个部分:第一部分为绪论,作为全文的基础,重点介绍了激光等离子体电子加速的基本原理、重要物理过程及研究现状。具体介绍了超强飞秒激光的产生原理,激光在等离子体中的传输效应及加速结构的产生,不同加速机制的物理原理及电子注入机制等。第二部分是激光驱动的短周期强磁场波荡器及高亮度准单色X-ray辐射源研究。首先论述了激光尾波场加速电子在驱动高亮度Undulator辐射甚至是自由电子激光时电子能散过大这一主要瓶颈问题;利用理论分析结合数值模拟,详细介绍了一种短周期强磁场波荡器方案,说明了短周期强磁场的波荡器在激光尾波场电子束驱动高亮度、可调谐的单色辐射源以及降低自由电子激光Pierce参量及增益长度方面的显着优势。第三部分是啁啾激光直接电子加速理论及实验研究。介绍了激光直接加速的研究现状,重点介绍了啁啾激光脉冲在直接电子加速过程中提升电子电量、电子能量的作用;在理论上分析了啁啾对激光电场的影响,并结合了PIC模拟说明当二阶色散产生最大的啁啾强度时,电子电量及能量获得最佳提升。第四部分是PW激光与近临界密度等离子体相互作用的实验研究。介绍了PW飞秒激光与近临界密度等离子体作用,通过激光直接加速机制利用PW激光的超强电场和近邻界密度等离子体增强对激光的吸收,获得了目前为止最高能量转换效率(10-4)的Betatron辐射;结合PIC模拟,说明了通过控制电子加速过程提升电子能量能够进一步增加能量转换效率,证明了陡峭的等离子体密度梯度对提升电子能量的重要影响。第五部分是实验诊断技术研究,主要涉及超快X/γ射线的聚焦及能谱诊断。具体包括Compton伽马能谱仪、Betatron温稠密物质吸收谱学系统、Von-Hamos晶体谱仪。第六部分是总结与展望,该部分归纳总结了作者博士期间研究工作的重要进展及意义,并对后续研究方向进行了展望。
王桂才[2]（2021）在《螺线管约束激光等离子体研究》文中指出高功率激光经光学元件聚焦在固体表面,可以形成高温高密等离子体,该等离子体中可以产生包括光子在内丰富的粒子,因此激光等离子体可以作为各种粒子源。早在1969年,Peacock,Pease和Bychovsky就提出将激光等离子体作为离子源用于给加速器注入。与其它高电荷态离子源相比,激光离子源产生的离子束具有强流短脉冲的特点,一般利用焦耳量级的纳秒激光,在距离靶面1米处即可得到脉宽为亚μs量级、束流密度到10 m A/cm2量级的离子束;同时,由于激光离子源是通过将高功率激光直接聚焦在固体靶上产生高温高密等离子体,因此与其它高电荷态离子源相比,激光离子源在产生难熔元素离子束方面具有先天优势。从产生高电荷态离子束的能力来讲,激光离子源是最有可能满足同步加速器单次单圈注入条件的离子源。然而激光离子源自提出后并没有在加速器中得到应用,其主要原因在于:激光离子源稳定性较差、产生的离子束脉宽过短（亚微秒到微秒量级）。随着固体激光器技术以精确靶运动系统的发展,激光离子源的稳定性得到了有效的提高,已可以满足加速器对离子源稳定性的要求。因此脉宽过短成为限制激光离子源在加速器中应用的主要因素。激光等离子体的内禀属性决定了,等离子体的脉宽与等离子体漂移（等离子体绝热膨胀）距离成正比,电流密度却与漂移距离的立方成反比。所以在不引入外部约束的条件下,为了获得可接受的离子束脉宽,需要让激光等离子体膨胀足够长的距离,而付出的代价是牺牲了相当一部分的离子束流强。总是需要在离子束流强与脉宽之间取折中。针对激光离子源流强与脉宽的矛盾,我们在激光等离子体漂移段引入螺线管对等离子体进行约束,以改变脉宽以及束流密度与漂移距离的依赖关系。本文就螺线管约束激光等离子体展开了实验与模拟研究,探究磁场与激光等离子体相互作用的物理过程。基于近物所激光离子源实验室的平台开展了关于螺线管约束激光等离子体的实验研究,主要包括两部分研究内容:直流螺线管约束激光等离子体以及基于直接等离子体注入方案并结合螺线管约束的碳离子加速实验。在第一部分实验研究中,,首先基于现有的激光离子源研究平台,研制了相应的长螺线管。实验研究了螺线管对碳等离子体和铝等离子体的影响,实验结果表明,离子束脉冲的总电荷量与流强均随磁场的增加而提高,随后饱和,最重要的是,离子束脉宽也表现同样的趋势,这一结果证明,在等离子体膨胀阶段引入螺线管约束,等离子体的发散角得到压缩。为了诊断螺线管中等离子体分布,研制了可移动小型法拉第筒,利用该装置,对螺线管内及出口区域的离子束横向与纵向分布进行了测量。通过差值还原了螺线管内激光等离子体的动态演化过程,结果表明,在螺线管磁场的作用下,激光等离子体的纵向分布更加均匀,这一结果对于提高激光离子源与后级加速器的耦合效率具有重要意义。此外,实验测量了螺线管约束条件下激光等离子体中碳等离子体的离子电荷态分布,结果表明,磁场对不同电荷态离子具有提高作用。对螺线管约束条件下离子束的重复性进行了测量,结果表明,几百高斯的磁场不会给激光等离子体引入额外的不稳定性。基于近物所现有的直接等离子体注入（激光离子源+RFQ直线加速器）研究平台,研制了相应的长螺线管,并开展了螺线管结合直接等离子体注入方案的碳离子加速实验。与无磁场的条件相比,引入螺线管约束后,RFQ出口处的离子束流强和脉宽提高至2～3倍。这一结果的获得,对于紧凑型离子注入装置的研发具有重要意义。另外,对螺线管约束激光等离子体进行了模拟研究。首先利用FLASH软件模拟了激光等离子体的加热和碰撞过程,以该结果作为输入参数,利用WARP软件模拟了激光等离子体在磁场约束条件下的演化过程。最终模拟结果与实验结果相符,证明了该模拟方案的可行性。本论文开展的关于螺线管约束激光等离子体的实验与模拟研究,拓展了我们对磁约束激光等离子特性的了解,为进一步实现通过控制约束磁场达到对脉冲激光离子束束流脉宽,流强,时间结构,电荷态等参数的调制奠定基础。通过磁约束对激光离子束的调制,将极大程度推动激光离子源作为重离子加速器的预注入系统应用到未来的加速器装置以及重离子治癌装置。
颜佳伟[3]（2021）在《高重复频率自由电子激光的新机制研究》文中研究指明由于具有短波长、高峰值亮度、全相干、短脉冲等优越性能,X射线自由电子激光（XFEL）已经成为生物、化学、材料科学、凝聚态物理等多个学科领域的关键工具。近年来,为了获得高平均功率的辐射脉冲同时提高装置的可用性,基于超导直线加速器的高重复频率XFEL被提出并迅速成为领域前沿。高重复频率XFEL将极大的拓宽FEL的应用范围,但同时也带来了一系列的挑战。连续波XFEL很难通过改变加速结构的触发频率等传统方法来实现束团的能量控制,这限制了各条波荡器线的辐射波长调节范围。在本论文中,我们首次提出并设计了一套束流能量控制系统以实现在连续波XFEL中逐束团的能量控制。基于上海高重复频率硬X射线FEL装置的模拟结果表明,这套装置可以实现在1.5到8.7 Ge V之间连续的能量调节。超大带宽XFEL是近年来提出的新运行机制,对X射线谱学与晶体学等实验有着重要意义。对于高重复频率XFEL的关键问题是,如何在不改变已有装置布局与元件的前提下,获得带宽尽可能大的XFEL辐射脉冲。在本论文中,我们首次将高维多目标优化算法NSGA-III用于加速器领域,对过压缩运行模式的工作点进行系统设计,从而优化最终的输出带宽。由于缺乏具有高峰值功率且高重复频率的种子激光系统,外种子型XFEL很难高重复频率运行。在本论文中,我们首次提出相干能量调制的自放大机制用于将初始的能量调制放大1-2个数量级,从而极大的放松对种子激光的要求。基于上海软X射线自由电子激光装置已有的条件,我们完成了这个机制的原理性验证实验并且实现了对初始相干能量调制超过25倍的放大。在实验中,我们仅利用了1.8倍切片能散的能量调制实现了单级HGHG的7次谐波辐射与两级级联HGHG的30次谐波辐射。这是目前国际上“谐波次数/调制深度”的最好结果。该实验为未来建设兆赫兹量级的外种子型XFEL铺平了道路。激光与相对论电子束团在波荡器中持续的相互作用是XFEL的基本原理。在本论文中,我们首次在实验上验证并测量了激光与电子束在单块二极磁铁中的相互作用,揭示了最基本的FEL过程。此外,基于相干能量调制的自放大机制,我们实验证明了在二极磁铁中获得的能量调制可以用于单级HGHG的6次谐波辐射。该实验说明二极磁铁可以用来作为引入激光-束流相互作用的新工具,从而实现更加紧凑的激光加热器或者适用于激光等离子体加速器的调制段。这为设计未来的新型相干光源提供了新思路。
唐昌建,杨生鹏,夏玉玺,宫玉彬[4]（2020）在《电子束-等离子体系统激发太赫兹辐射的研究》文中指出电子束-等离子体系统是一种新型的高功率太赫兹源。本文综合评论了国内外对于该系统的一系列理论、仿真以及实验研究成果,全面地展示了该领域的研究状况。总结了该系统工作在太赫兹波段时的主要特征和优势,并根据不同的工作机理,对基于该系统的多种太赫兹源方案进行了分类介绍。最后对未来的发展方向以及关键问题进行了展望,为此类新型高功率太赫兹源的开发提出了建议。
杨生鹏[5]（2020）在《基于电子束—等离子体系统的太赫兹辐射机制研究》文中进行了进一步梳理太赫兹辐射在众多前沿领域具有广阔的应用前景。在太赫兹科学技术的发展中,太赫兹源的研究一直是核心内容。然而,根据国内外太赫兹源的研究现状可以发现,目前仍然缺乏有效、便捷的方法实现高功率太赫兹辐射,从而导致相关技术应用受到了很大限制。因此,探索具有新物理结构、新工作机制的高功率太赫兹源是当前太赫兹科技发展的迫切需求。电子束-等离子体系统是一种新型的太赫兹源,具有高功率、高效率、小型化、成本低的独特优势。本文针对电子束-等离子体系统激发太赫兹辐射的机制问题,从理论、模拟与实验三个方面入手,开展了一系列研究:在理论方面,主要采用线性理论研究了电子束、等离子体与波三者互作用激发的电磁不稳定性的机制,通过高斯定律、安培定律与能量守恒方程得到了电子束-等离子体系统的虚阴极形成条件;在模拟方面,采用Particle-in-cell（PIC）方法研究了电子束-等离子体系统通过非线性相互作用激发太赫兹辐射的过程;在实验方面,设计、建造了紧凑型的束-等离子体系统实验装置,在此基础之上验证了系统激发电磁不稳定性的机制,为理论提供了实验支撑。论文的主要内容及创新点有:1、根据PIC模拟得到的等离子体分布结果,建立了非均匀电子束-离子通道系统的理论模型。采用线性理论推导了系统电磁不稳定性的色散关系,并分析了系统中各个模式之间的相互作用以及系统激发太赫兹辐射物理机制。研究发现系统中存在两种不稳定性:第一种出现在系统中心附近,是由快空间电荷波与前向电磁波耦合导致的电磁不稳定性;第二种出现在半径较大的区域,是由慢空间电荷波与电子束模耦合导致的束流不稳定性。在此基础之上,本论文针对电子束-离子通道系统的电磁辐射机制,提出了一种新的物理解释:电子束边界附近的电子首先通过束流不稳定性获得纵向振荡能量,当这些电子随着自聚焦运动到达中心区域时,会通过电磁不稳定性交出能量,从而激发电磁辐射。进一步的研究发现,在电子束-离子通道系统中,随着等离子体密度的提高,系统激发电磁不稳定性的频率与带宽都会提高,当等离子体密度达到1×1022/m3时,辐射频率将接近1THz以上,这一结果也得到了PIC模拟的支持。2、通过PIC模拟发现电子束-等离子体系统中存在一种新的太赫兹辐射机制。这种机制的产生必须满足以下条件:（1）电子束密度远低于等离子体密度;（2）电子束横向尺寸小于等离子体波长;（3）电子束脉宽远大于等离子体振荡周期。在此条件下,电子束将在等离子体中驱动等离子体尾场,而等离子体尾场又会反作用于电子束,最终将长脉宽的电子束调整成一列以等离子体波长为周期的短脉宽的束团,这一过程称为“自调制”。研究发现,当电子束发展到自调制非线性阶段时,可以驱动基频位于等离子体频率附近且带有一系列高次谐波的高频电磁辐射。在目前电子束密度为1×1018/m3,等离子体密度为1×1022/m3的参数条件下,系统的辐射频率已经达到太赫兹波段,功率密度可以达到1GW/m2以上。理论分析表明,系统的太赫兹辐射机制本质上是等离子体尾场中的振荡电子对高频电子束模的共振散射。3、提出一种基于自调制电子束的太赫兹切伦科夫辐射源方案。该方案是将电子束与等离子体同时注入到一个介质加载慢波结构中,使电子束通过自调制进而与系统特定频率的高阶本征模相互作用。PIC模拟结果表明,自调制电子束能够有选择地激发慢波结构中特定的高阶本征模,而频率低于等离子体频率的低阶本征模无法存在于等离子体中,因此会被抑制。研究还发现,系统中模式的增长情况与色散关系得到的结果符合得很好。这种太赫兹源能够很好地工作在高次谐波,功率容量大,且不需要外加强磁场。在目前的模拟参数下,估算得到辐射的峰值功率可达7.9MW,能量转换效率可达8.3%。4、开展了基于电子束-等离子体系统的虚阴极机制研究。建立了离子聚焦机制下的虚阴极阈值方程,并通过求解该方程得到了虚阴极形成的参数区域。如果系统的初始参数位于该区域中,则虚阴极将会形成。本研究在虚阴极参数区域内、外以及接近阈值的位置选取了大量的采样点,通过PIC模拟验证发现,理论结果与模拟结果高度吻合。这一系列的模拟中没有出现虚阴极激发电磁辐射的情况,这是因为目前的模拟中没有考虑实际的电子束阴极,所以虚阴极的反射电流不会进一步形成振荡电流,从而激发辐射。然而,本研究在电子束密度低于等离子体密度情况下,发现了一种虚阴极自发振荡辐射的机制。此时的离子通道会形成一个前后闭合的空腔结构,虚阴极的部分发射电流和反射电流会束缚在离子通道内形成振荡电流,从而激发宽频的辐射。在目前的参数条件下,辐射频谱已经覆盖到了THz波段。5、提出了一种利用高压脉冲电源驱动等离子体中的电子与离子反向运动,从而形成高密度电子束-离子通道系统的实验方案。根据此方案,设计并建立了一套“束-等离子体系统（PBS）”实验装置。在PBS装置上开展了电子束-离子通道系统辐射机制的验证实验。实验采用的等离子体密度为1017/m31018/m3,脉冲电压为20kV,脉宽为20μs。研究发现,当示波器检测到电压脉冲上升沿的信号时,系统的辐射频谱中出现了在等离子体的频率范围内的高频信号,频谱的峰值出现在8GHz左右。通过对比实验可以发现,这个高频信号既不是等离子体的噪声,也不是电压脉冲在真空室内激发的本征模,因此只有可能电压脉冲与等离子体相互作用产生的。由于实验测到的辐射频率与理论辐射频率基本一致,本文提出的理论得到了实验结果的支持。从理论上讲,只要进一步提高等离子体密度,就可以获得更高频甚至达到THz波段的辐射。通过本研究的开展,电子束-等离子体系统在不同参数条件下的多种太赫兹辐射机制被揭示出来。目前已经发现的机制有:电子束-离子通道系统中的模式耦合机制、自调制电子束与等离子体尾场互作用的共振辐射机制以及虚阴极机制。本研究也为高功率太赫兹源的研发提供了新的思路和理论基础。
张威[6]（2019）在《X波段高功率高效率相对论三轴速调管放大器研究》文中研究指明空间相干功率合成是高功率微波器件突破单管物理机制限制,实现更高输出功率的重要途径。由于具有输出微波频率、相位可控等优点,相对论速调管放大器成为空间相干功率合成的核心器件。传统空心相对论速调管放大器受到功率容量的限制,主要应用于S波段等低频段。为满足高pf 2因子的要求,本文采用三轴速调管放大器（TKA）技术路线,研究高功率高效率TKA谐振腔的设计方法、谐振腔之间杂模耦合的抑制、谐振腔之间微波正反馈的建立与器件小型化、降低TKA导引磁场的方法等问题,并以此为基础,研制出一台具有高功率、高效率、锁频锁相效果良好的X波段TKA。论文的主要内容和结论如下:1.采用数值方法计算了同轴漂移管中环形电子束的空间电荷极限流、同轴谐振腔功率容量与相关参数的依赖关系,为TKA尺寸设计提供了依据。计算了表征谐振腔对电子束调制能力的特性阻抗、耦合系数、电子束负载电导及基波调制电流等参数,为谐振腔的设计提供了指导。2.研究了注入微波功率在10 k W量级时,TKA内各谐振腔的设计方法。获得了注入腔的匹配吸收条件,分析了Q值、频率、场分布等因素对各谐振腔调制能力的影响。利用粒子模拟软件设计了单端口重入式注入腔、双腔级联式群聚腔和双间隙驻波提取腔,最终在二维粒子仿真中,可以实现110%的基波电流调制深度,获得超过2.5 GW的高功率微波输出。3.有效抑制了TKA各谐振腔之间杂模耦合的影响,并对X波段TKA进行了三维粒子模拟研究。分析了谐振腔之间TEM模式、非旋转对称模式的产生与影响。通过设计模式反射器与微波衰减材料,有效抑制了谐振腔之间的杂模耦合。在三维粒子模拟中,当电子束电压为690 k V、电流为9.3 k A时,在注入微波频率为8.40GHz、功率为25 k W时,获得了2.42 GW的稳定微波输出。转换效率为38%,增益约为49.8 d B,锁频锁相效果良好。4.研究了谐振腔间的TEM模式微波耦合,并以此为依据在TKA内建立了微波正反馈通道,在有效缩短器件轴向尺寸的情况下,实现了高基波电流调制深度与高功率微波输出。分析了谐振腔之间TEM模式正、负反馈的建立条件。在正反馈条件下,重新设计了第一群聚腔上游的模式反射器,该反射器同时实现了对TEM模式的高效利用和对非工作模式的有效截止。在器件总轴向长度减小24%的情况下,产生了功率为2.25 GW的输出微波,且在100 ns内没有杂频振荡。5.研究了降低TKA导引磁场的相关物理问题。分析了影响TKA低磁场运行的因素,结果表明反射器的本征模式在回旋效应下的振荡是限制器件低磁场工作的重要原因。通过优化二极管、注入腔结构,同时设计高阶模反射器,实现了TKA在0.4 T导引磁场下的正常工作。6.对TKA进行了工程设计与高功率实验研究。首先在实验室原9.375 GHz单群聚腔TKA平台上,验证了双腔级联式群聚腔在提高功率、效率与控制非对称模式等方面具备良好潜力。之后开展了8.40 GHz高功率高效率TKA的相关实验。在注入微波功率为0时,没有检测到输出微波,证明了器件处于放大器状态。在电子束电压为610 k V、电流为9.1 k A,导引磁场0.77 T,注入微波功率为40 k W时,实验产生了功率约为1.7 GW,效率为31.8%,增益为46.5 d B,半高宽超过70ns的高功率微波输出。输出微波频率严格锁定在8.40 GHz,相对相位差稳定在±10°以内,具有良好的锁频锁相特性。此外,研究了电子束电压、电流、注入微波功率、注入微波频率、谐振腔Q值、频率等参数对输出结果的影响。
王雨林[7]（2019）在《用于激光等离子体的紧凑型脉冲强磁场装置及其应用》文中认为近年来实验室内的磁化高能量密度等离子体现象引起了学术界广泛的兴趣,这对许多研究领域有重要的应用价值,例如天体物理和空间物理、惯性约束聚变和激光加速等。恒星演化过程中磁化的盘风中高速射流形成和准直的机制、磁化星际介质内高能粒子的加速机制、太阳和地球磁层的磁场重联现象、地球磁层内各种波动现象和磁流体不稳定性结构等一直是天体和空间物理研究非常活跃的研究方向,磁化激光等离子体行为的实验研究有助于深入理解这些天体和空间物理现象。激光驱动的惯性约束聚变中,外加磁场可以抑制内爆靶丸的径向热传导,从而提高离子温度和中子产额;外加磁场有望取代间接驱动充气腔,在抑制腔壁等离子体膨胀的同时抑制激光受激散射。在激光加速中,外部磁场可以稳定电子加速通道、改善电子加速效果。最近国际学术界开始关注强磁场耦合强激光的磁化激光等离子体实验研究,并取得了一些重要进展。脉冲强磁场装置是磁化激光等离子体实验的关键设备,但用于激光等离子体的脉冲磁场装置发展还不成熟,需要根据各自的研究需求发展合适的脉冲强磁场装置。为了在中国科学技术大学实验室小型激光装置上开展气体靶磁化激光等离子体实验,我们自主研发了一套可用于低真空环境的紧凑型脉冲磁场装置。它可以输出95 kA的峰值电流,在约1立方厘米体积内产生12 T的准均匀磁场。我们通过改进结构设计,成功解决了高压、低电感和真空密封的技术问题,研制了首个低真空环境中正常工作的紧凑型脉冲磁场装置。我们发现脉冲磁场装置在低真空环境工作时,在某些中间气压范围,脉冲磁场的感生电场会电离背景气体、干扰有效等离子体信号。因此,我们实验、理论和模拟研究了背景气体电离的时间特征和气压依赖性,为气体靶磁化激光等离子体实验设计提供了简单实用的分析模型。该脉冲磁场装置与中国科学技术大学的小型激光装置相配合完成了有背景气体的磁化天体射流物理实验。为了开展磁化激波等高驱动能量的物理实验研究,我们需要使用上海神光Ⅱ升级激光装置等大型激光装置。因此我们研制了适用于上海神光Ⅱ升级大型激光装置的紧凑型脉冲强磁场装置。我们创造性地设计出高压大电流柔性传输线,将磁场线圈与放电系统其它部分柔性连接,使得磁场线圈在靶室内部可以通过电动平移台进行精确调节;我们也自主研发了高压大电流电触发气体开关取代原来的光触发气体开关,使装置结构更加紧凑且通用性大幅提升;我们改进了接地和电磁屏蔽措施,减少了电磁干扰的影响。该紧凑型脉冲磁场发生器在上海神光Ⅱ升级大型激光装置上配合完成了磁化激光等离子体物理实验,观察到磁场与等离子体交界面上的霍尔磁流体不稳定性现象。为了留出激光和诊断的空间,用于激光等离子体的紧凑型脉冲磁场装置一般只能使用小尺寸的单线圈或者亥姆霍兹线圈。这种小线圈的电感在放电系统总电感中所占的份额很小,例如我们现有的装置磁场的磁能只占整个能库总能量的15%以下。如果采用变压器线圈,可以大幅提升线圈部分的电感、进而提升磁能的能量份额、提高能量利用率、增大磁场强度;并且变压器的次级回路依然使用单线圈,不会遮挡光路。因此我们对变压器线圈技术进行了研究。我们首先给出了脉冲变压器线圈的设计原理,在公式中考虑了变压器次级回路对初级回路的反映阻抗;接着结合目前脉冲磁场装置的参数进行了数值计算,给出了适合现有装置的设计方案;为了验证数值计算的正确性,我们又使用电路仿真软件进行了模拟对比,使用多物理场耦合仿真软件对整个变压器线圈的电路、磁场、传热和固体力学进行了联合仿真,进一步探究变压器线圈的传热和结构力学特性;最后我们加工制作了一个实验可用的脉冲变压器线圈,并进行了放电测试,测试结果与我们之前的理论分析和模拟结果均高度一致。实验和理论模拟结果表明,当使用的变压器初级线圈直径为25 mm、初级线圈匝数为10匝时,峰值磁场比直接使用单线圈时提升了 120%。变压器线圈显着提升了能量利用率,在将来的装置升级中有很大的应用前景。除了脉冲磁场装置的研发工作以外,我们使用该装置与中国科学技术大学的小型纳秒激光器相配合开展了激光烧蚀的物理实验,首次发现外加脉冲强磁场可以显着增强激光烧蚀。我们实验上测量了有无外加脉冲强磁场时激光烧蚀情况,从离子电荷量、脉冲激光沉积镀膜两个方面确认外加脉冲强磁场增强激光烧蚀效率一个量级以上,并且镀膜面积更大、大颗粒液滴污染显着减小、高能离子成分明显被抑制。通过测量等离子体发光、激光烧蚀坑、大颗粒液滴喷射等,发现增强激光烧蚀来源于稳态磁场的激光等离子体再烧蚀和脉冲磁场感应烧蚀,脉冲磁场感应烧蚀消除了大部分的大颗粒液滴污染。外加脉冲强磁场改善激光烧蚀可以用于改进脉冲激光沉积镀膜技术,它可以大幅度抑制大颗粒液滴污染、减弱高能离子成分导致的晶格缺陷、显着增大镀膜尺寸、成量级的增加镀膜效率,可以极大地促进脉冲激光沉积镀膜技术的发展。
江佩洁[8]（2019）在《S波段低磁场相对论返波管振荡器研究》文中研究指明相对论返波管振荡器（relativistic backward wave oscillator,RBWO）因具有高功率、高效率等优点,是当前最具潜力的高功率微波（high power microwave,HPM）器件之一。然而RBWO要求的引导磁场强度较高,这一缺点极大地阻碍了以RBWO为微波源的HPM系统的小型化和实用化。为了降低器件所需的引导磁场强度,本论文对S波段低磁场RBWO进行了理论分析、粒子模拟和实验研究,并对该RBWO的配套小型磁场开展了研究。论文首先对相对论返波管振荡器的回旋共振吸收效应进行了理论分析,从回旋共振同步条件推导出发生电子回旋共振吸收的引导磁场强度。随后通过器件中电子分布函数及其微扰项所满足的方程出发,推导出相对论返波管振荡器中输出微波功率随引导磁场强度的变化。在发生电子回旋共振吸收的引导磁场强度下,器件输出微波功率为零,以此为分界,RBWO的工作区域被划分为低磁场区和高磁场区。本论文所研究的RBWO工作在低磁场区域。其次,论文对低磁场条件下S波段RBWO进行了粒子模拟研究。在粒子模拟中增大电子束与器件内壁间距,解决了低磁场强度下的电子束传输问题。通过设计特殊慢波结构,使电子束在离慢波结构表面较远时仍能保持较高的束波互作用效率。慢波结构分为两段,前段周期长度较大,波纹深度较浅,保证了慢波结构的结构波相速与电子束速度同步,实现电子束的调制;后段慢波结构是电子换能的主要区域,其周期长度较短,波纹深度较深,降低了慢波结构的结构波相速,提高了束波互作用阻抗。通过粒子模拟优化了 RBWO的结构参数并确定了引导磁场强度,在0.17T的低引导磁场条件下,利用电压507kV、电流6.7kA的强流相对论电子束,获得了功率770MW,效率23%,频率2.84GHz的模拟输出微波。随后在超导磁体上开展了 S波段低磁场RBWO原理验证实验。在引导磁场0.17T,束压510kV、束流6.9kA的条件下,获得了脉宽47ns,功率722MW,频率2.84GHz,效率20%的单次脉冲微波输出。在相同的引导磁场条件下以10Hz的重复频率进行实验,获得了平均功率679MW的10Hz重频微波输出。最后针对本论文的S波段低磁场RBWO尺寸及其所需的磁场强度进行配套磁场小型化研究。相较于普通S波段RBWO所需的磁场,该配套螺线管磁场的外半径下降了20%,耗能下降了 92.1%。
马国武[9]（2019）在《140GHz回旋管理论与实验研究》文中认为回旋管是毫米波段实现高峰值功率和高平均功率最有潜力的电真空器件之一,在磁约束聚变等离子体加热、定向能武器和材料处理等领域有重要应用需求。当前回旋管正向着更高单管连续波功率、更高频率、更优调谐能力、更高效率和更好的连续运行稳定性的方向发展,本论文旨在探索提升回旋管单管功率和调谐能力的技术途径,并实验探索回旋管连续运行稳定性的影响因素,重点围绕140GHz频点开展了相关的理论计算、数值模拟和实验研究工作。作为论文所有研究工作的基础,首先基于回旋管理论完成了系列设计程序的编写,其中包括电子枪设计程序、腔体冷参数计算程序、单模稳态计算程序和多模时域计算程序等,并着重对单模稳态计算程序和多模时域计算程序开展了校验工作,验证了程序的正确性。其次,论文优选TE34,10-模式为工作模,开展了更高单管功率回旋管的研究。为了解决制约超高阶模稳定工作从而限制整管功率提升的模式竞争问题,论文对该回旋管开展了系统的竞争状态分析,提出并验证了两种抑制模式竞争的方法,包括磁场调整方法和电压调整方法,实现了输出功率大于1.5MW的单模稳定工作,而电压调整方法可以与束压上升的过程自然结合,具有更好的可操作性。然后,论文提出了一种超宽阶跃调谐高功率准光回旋管的实现方法。与寻求微扰壁辐射器对多个模式高效传输的宽带调谐常规方法不同,论文采用了基于Vlasov辐射器的准光模式变换系统,通过准光模式转换系统的传输条件结合腔体的耦合半径条件确定了选模依据。采用渐变壁腔体解决了低阶模和高阶模之间Q值差距太大的问题,开展了各个频点的单模参数优化和模式竞争分析,实现了高频腔的宽带阶跃调谐。高频腔体、准光系统和窗体可支持近6个倍频程的调谐能力,而由于电子枪在磁场低端与腔体未实现匹配,最终该回旋管可实现近3个倍频程的宽带阶跃调谐。相比常规方法不到2个倍频程的最宽调谐带宽而言,回旋管的调谐能力得到了大幅提升。最后,论文开展了 140GHz/50kW回旋管的设计与实验,一方面用以进一步验证论文使用的设计方法和设计程序,另一方面对连续运行稳定性的影响因素进行实验的探索。开展了频率曲线、低功率曲线和高功率曲线的测试,最高脉冲功率达到56kW,各曲线变化规律与理论计算取得了良好的一致。对Nottingham效应进行了测试,分析了其对发射束流的影响。开展了连续运行实验,由于输出窗功率容量不足,仅在低功率状态下进行了连续运行实验,分钟级运行时获得了 20.3kW的输出功率,含降压收集的效率为28.3%,对各电极回流的测试表明该回旋管在该功率下连续运行时稳定性良好。
郎跃[10]（2018）在《激光驱动超热电子发散角和温度定标研究》文中提出啁啾脉冲技术的发展使得超强超短激光成为可能,超短超强激光与等离子相互作用领域的理论和实验研究也取得了长足的发展,这些研究在新型粒子加速器和惯性约束核聚变等领域具有广大的应用前景。本文主要通过数值模拟和理论分析研究了超强激光与等离子体相互作用中超热电子的发散角和磁化等离子体中超热电子的温度定标问题。本文的主要工作如下:首先,介绍了激光聚变等离子体的研究背景和研究现状,对后续工作采用的EPOCH程序中的粒子推动和电磁场求解的算法进行了简述,并针对其中的电离模型进行了详细介绍。同时,在理论部分介绍了超热电子的有质动力加热、自生磁场的产生和Weibel不稳定性,为后文的研究工作打下理论基础。然后,通过2D3V PIC粒子模拟程序仔细研究了场致电离的引入对激光驱动超热电子发散角的影响,结合理论分析,更加深入地认识了激光驱动超热电子发散角的产生和影响因素。研究表明,在考虑了场致电离效应后,靶前预等离子体中出现了较强的由韦伯不稳定性导致的自生磁场,正是由于自生磁场增长,增大了对电离靶中产生的超热电子的偏转,从而导致了超热电子发散角的增大。同时,通过研究不同靶材料发现靶材料的改变对超热电子的发散角并无明显影响。最后,研究了强磁化等离子体中超热电子的温度定标问题,讨论了磁化等离子中电子回旋共振加热的条件,结合数值模拟结果发现在与激光强度匹配的磁场强度下,超热电子的温度能够得到明显的增大,而偏离这个匹配磁场强度不利于超热电子的加热。
二、Instability of relativistic electron beam with strong magnetic field（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Instability of relativistic electron beam with strong magnetic field（论文提纲范文）
（1）超短超强激光驱动的直接电子加速及高品质辐射（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光等离子体加速概述 |
| 1.2.1 啁啾脉冲放大技术 |
| 1.2.2 激光在等离子体中的传输 |
| 1.2.3 激光尾波场电子加速器 |
| 1.2.4 激光直接加速 |
| 1.3 激光等离子体加速器驱动的X-ray辐射 |
| 1.3.1 Betatron辐射 |
| 1.3.2 激光尾波场电子束驱动的undulator辐射 |
| 1.4 小结 |
| 第2章 激光驱动的短周期强磁场波荡器及高亮度辐射 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 短周期强磁场波荡器方案 |
| 2.2.1 激光驱动双螺旋电容线圈靶波荡器 |
| 2.2.2 双螺旋电容线圈靶磁场结构 |
| 2.3 LWFA耦合双螺旋波荡器高亮度辐射源 |
| 2.3.1 高亮度辐射源能谱及调谐 |
| 2.3.2 双螺旋波荡器驱动自由电子激光的优势 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 啁啾激光直接电子加速 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光直接加速电子电量的提升 |
| 3.3 啁啾激光直接加速实验研究 |
| 3.3.1 激光啁啾的度量与控制 |
| 3.3.2 激光啁啾对电子能量的影响 |
| 3.3.3 实验结果的PIC模拟分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 PW激光与近临界密度等离子体X射线源 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 PW激光与近临界密度等离子体相互作用实验研究 |
| 4.2.1 等离子体密度梯度对电子加速的影响 |
| 4.2.2 高能量转化效率超快X射线辐射 |
| 4.2.3 不同机制Betatron辐射能量转换效率对比 |
| 4.3 PIC模拟分析 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 实验诊断技术研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Compton伽马能谱仪 |
| 5.3 Von-Hamos晶体谱仪 |
| 5.4 Betatron温稠密物质吸收谱学系统 |
| 5.5 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（2）螺线管约束激光等离子体研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 论文的主要内容 |
| 第2章 磁约束激光等离子体物理基础和研究现状 |
| 2.1 激光离子源介绍 |
| 2.2 纳秒激光烧蚀等离子体的产生 |
| 2.3 磁约束激光等离子体物理基础 |
| 2.4 磁约束激光等离子体研究现状 |
| 2.4.1 宇宙空间的等离子体磁约束 |
| 2.4.2 强磁场约束激光等离子体 |
| 2.4.3 螺线管约束激光等离子体 |
| 2.4.4 磁流体模拟激光等离子体在磁场中的运动 |
| 2.4.5 小结 |
| 第3章 螺线管约束激光等离子体实验研究 |
| 3.1 激光离子源实验平台介绍 |
| 3.2 螺线管约束激光等离子体实验 |
| 3.2.1 螺线管参数 |
| 3.2.2 磁约束激光离子束品质 |
| 3.2.3 稳定性实验 |
| 3.2.4 电荷态分布 |
| 3.2.5 横向分布与纵向分布测量 |
| 3.2.6 光阑实验 |
| 3.2.7 螺线管发散磁场中激光烧蚀等离子体特性 |
| 3.3 直接等离子体结合螺线管约束实验 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 磁约束激光等离子体模拟 |
| 4.1 PIC方法简介 |
| 4.2 Flash软件 |
| 4.2.1 软件介绍 |
| 4.2.2 初始等离子体状态模拟结果 |
| 4.2.3 激光打靶过程模拟 |
| 4.3 Warp软件 |
| 4.3.1 软件介绍 |
| 4.3.2 模拟螺线管磁场约束激光等离子体 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 未来实验计划 |
| 附录A 模拟程序代码与数据 |
| A.1 Flash中使用的代码与数据 |
| A.2 WARP中使用的代码与数据 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（3）高重复频率自由电子激光的新机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 X射线自由电子激光的发展历程 |
| 1.2 X射线自由电子激光的主要运行机制 |
| 1.2.1 SASE |
| 1.2.2 外种子模式 |
| 1.2.3 振荡器型XFEL |
| 1.3 世界各地的X射线自由电子激光装置 |
| 1.3.1 基于常温直线加速器的XFEL装置 |
| 1.3.2 基于超导直线加速器的高重复频率XFEL装置 |
| 1.4 论文的研究内容与创新点 |
| 第2章 X射线自由电子激光理论基础 |
| 2.1 注入器与直线加速器 |
| 2.1.1 注入器 |
| 2.1.2 束团压缩 |
| 2.1.3 激光加热器 |
| 2.1.4 尾场效应 |
| 2.2 束流分配系统 |
| 2.3 自由电子激光理论 |
| 2.3.1 电子的动力学方程 |
| 2.3.2 低增益自由电子激光 |
| 2.3.3 高增益自由电子激光 |
| 2.3.4 外种子型XFEL |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 连续波自由电子激光的多束团能量运行 |
| 3.1 自由电子激光中的束流能量控制 |
| 3.2 SHINE装置简介 |
| 3.3 束流能量控制系统的设计与分析 |
| 3.3.1 束流能量控制系统设计 |
| 3.3.2 基于SHINE的 START-TO-END模拟 |
| 3.4 高重复频率运行下的纵向相空间诊断 |
| 3.4.1 横向偏转腔系统的布局 |
| 3.4.2 横向偏转腔系统优化结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超大带宽自由电子激光 |
| 4.1 超大带宽自由电子激光运行模式 |
| 4.2 超大带宽自由电子激光模式设计 |
| 4.2.1 束流动力学设计与高维多目标优化 |
| 4.2.2 SXFEL装置简介 |
| 4.2.3 优化结果 |
| 4.2.4 基于NSGA-III的高效优化 |
| 4.3 基于辐射脉冲品质优化产生超大带宽自由电子激光 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 相干能量调制的自放大机制 |
| 5.1 相干能量调制的自放大机制的理论与实验研究 |
| 5.1.1 高重复频率外种子型自由电子激光 |
| 5.1.2 理论研究 |
| 5.1.3 实验研究 |
| 5.1.4 结果分析与讨论 |
| 5.2 激光与相对论电子在二极磁铁中的相互作用 |
| 5.2.1 实验原理分析 |
| 5.2.2 实验研究 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 参考文献 |
| 学术论文目录 |
| 致谢 |
（4）电子束-等离子体系统激发太赫兹辐射的研究（论文提纲范文）
| 1 高密度电子束-等离子体系统的THz辐射研究 |
| 2 低密度电子束-等离子体系统的THz辐射研究 |
| 3 对今后研究工作开展的建议 |
（5）基于电子束—等离子体系统的太赫兹辐射机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 太赫兹辐射 |
| 1.1.1 太赫兹辐射的特点及应用 |
| 1.1.2 太赫兹源简介 |
| 1.2 基于电子束-等离子体系统的新型THz源 |
| 1.2.1 等离子体 |
| 1.2.2 基于电子束-等离子体系统的新型THz源 |
| 1.2.3 早期发展 |
| 1.2.4 研究现状 |
| 1.3 论文的主要内容及创新点 |
| 1.4 论文的结构安排 |
| 第二章 电子束-离子通道系统激发太赫兹辐射的机制研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 非均匀束-离子通道系统激发太赫兹辐射的线性理论 |
| 2.2.1 物理模型 |
| 2.2.2 色散关系 |
| 2.2.3 色散关系的解以及太赫兹辐射的物理机制 |
| 2.3 与均匀系统理论结果的对比 |
| 2.4 与粒子模拟结果的对比 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 电子束与等离子体尾场互作用激发太赫兹辐射的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模拟代码简介 |
| 3.3 电子束与等离子体尾场共振激发的太赫兹辐射 |
| 3.3.1 物理模型 |
| 3.3.2 模拟结果 |
| 3.3.3 辐射的物理机制讨论 |
| 3.4 自调制电子束在介质加载慢波结构中驱动的太赫兹辐射 |
| 3.4.1 物理模型与色散关系 |
| 3.4.2 粒子模拟研究 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 电子束-等离子体系统中的虚阴极机制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 虚阴极机制的形成条件研究 |
| 4.3 虚阴极激发THz辐射的粒子模拟研究 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 电子束-离子通道系统辐射机制的实验验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验装置介绍 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者在读期间的科研成果简介 |
| 致谢 |
（6）X波段高功率高效率相对论三轴速调管放大器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题依据 |
| 1.2 相对论速调管放大器的工作原理及发展概况 |
| 1.2.1 相对论速调管放大器的工作原理 |
| 1.2.2 相对论速调管放大器的发展概况 |
| 1.3 三轴相对论速调管放大器的提出与发展 |
| 1.4 高频段TKA研究的主要物理问题 |
| 1.5 论文的主要内容和结构安排 |
| 第二章 TKA设计的相关理论 |
| 2.1 同轴结构的空间电荷极限流 |
| 2.2 同轴谐振腔的功率容量 |
| 2.3 衡量谐振腔对电子束调制能力的相关参数 |
| 2.3.1 特性阻抗 |
| 2.3.2 耦合系数 |
| 2.3.3 电子束负载电导 |
| 2.3.4 基波调制电流与最佳漂移距离 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 高功率高效率TKA的高频结构设计 |
| 3.1 高吸收效率注入系统 |
| 3.1.1 注入端模式转换器的设计 |
| 3.1.2 高吸收效率注入腔的设计 |
| 3.2 两级级联式群聚腔 |
| 3.2.1 群聚腔个数与间隙数量的选择 |
| 3.2.2 双间隙级联式群聚腔模式的选择 |
| 3.2.3 双间隙级联式群聚腔Q值与频率的设计 |
| 3.3 高功率高效率提取腔 |
| 3.3.1 双间隙驻波提取腔 |
| 3.3.2 驻波腔的内提取、外收集结构 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 TKA整管设计与优化 |
| 4.1 谐振腔之间TEM模式耦合及其抑制方法 |
| 4.1.1 TEM模式耦合的影响 |
| 4.1.2 TEM模式耦合的抑制方法 |
| 4.2 谐振腔之间非旋转对称模式耦合及其抑制方法 |
| 4.2.1 非旋转对称模式自激振荡及其影响 |
| 4.2.2 非旋转对称模式的抑制 |
| 4.3 TKA整管工作特性研究 |
| 4.3.1 基本模型和仿真结果 |
| 4.3.2 各参数对器件性能的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于谐振腔间微波耦合的TKA紧凑化研究 |
| 5.1 TEM模式耦合对注入腔调制能力的影响 |
| 5.1.1 注入腔与群聚腔之间的微波反馈建立条件 |
| 5.1.2 微波正反馈与负反馈对调制能力的影响 |
| 5.2 正反馈条件下TKA的三维验证 |
| 5.2.1 模式反射器的重新设计 |
| 5.2.2 三维粒子模拟 |
| 5.3 正反馈条件下TKA频率和相位的稳定性研究 |
| 5.3.1 注入微波功率的影响 |
| 5.3.2 漂移距离的影响 |
| 5.3.3 注入微波频率的影响 |
| 5.3.4 电子束功率的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 降低导引磁场强度的相关物理问题研究 |
| 6.1 低磁场工作TKA的设计 |
| 6.1.1 二极管结构的优化 |
| 6.1.2 低泄漏注入腔的设计 |
| 6.2 低磁场条件下杂频振荡的起因分析 |
| 6.3 低磁场条件下抑制杂频振荡的方法 |
| 6.3.1 微波衰减材料的应用 |
| 6.3.2 高阶模反射器的应用 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 实验研究 |
| 7.1 两级级联式群聚腔在9.375 GHz TKA中的实验验证 |
| 7.1.1 9.375 GHz级联式群聚腔的设计 |
| 7.1.2 9.375 GHz级联式群聚腔的验证实验 |
| 7.2 高功率高效率TKA实验的相关工程设计 |
| 7.2.1 各谐振腔的冷测 |
| 7.2.2 传输及辐射系统 |
| 7.2.3 螺线管磁场线圈 |
| 7.3 微波产生实验 |
| 7.3.1 高功率实验平台及测量系统简介 |
| 7.3.2 强流相对论电子束的产生与传输 |
| 7.3.3 高功率高效率TKA的实验结果及分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 主要工作和结果 |
| 8.2 论文的主要创新点 |
| 8.3 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（7）用于激光等离子体的紧凑型脉冲强磁场装置及其应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 磁场与等离子体相互作用概述 |
| 1.1.1 磁惯性约束聚变 |
| 1.1.2 实验室天体物理 |
| 1.1.3 激光等离子体粒子加速 |
| 1.1.4 基础等离子体物理 |
| 1.1.5 脉冲激光沉积镀膜 |
| 1.2 论文的主要内容和安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 用于磁化激光等离子体实验的磁场装置综述 |
| 2.1 用于磁化激光等离子体实验的稳态磁场装置 |
| 2.2 用于磁化激光等离子体实验的脉冲磁场装置 |
| 2.2.1 使用螺线管作为负载的大型脉冲磁场装置 |
| 2.2.2 使用单线圈作为负载的紧凑型脉冲磁场装置 |
| 2.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 脉冲强磁场装置设计原理和放电参数诊断技术 |
| 3.1 脉冲强磁场装置设计原理 |
| 3.1.1 磁场参数和技术路径 |
| 3.1.1.1 磁场强度与磁体材料选择 |
| 3.1.1.2 螺线管还是单匝线圈 |
| 3.1.2 放电电路设计 |
| 3.1.3 开关 |
| 3.1.3.1 气体开关的主要特性参数 |
| 3.1.3.2 气体开关的触发系统 |
| 3.1.4 传输线 |
| 3.1.5 真空馈通 |
| 3.2 磁场装置的放电参数诊断方法 |
| 3.2.1 磁探针 |
| 3.2.1.1 磁探针结构 |
| 3.2.1.2 磁探针标定方法 |
| 3.2.1.3 磁探针标定过程 |
| 3.2.2 自制罗氏线圈标定 |
| 3.2.2.1 罗氏线圈设计 |
| 3.2.2.2 罗氏线圈制作 |
| 3.2.2.3 罗氏线圈标定 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 用于中国科技大学小型激光装置的脉冲磁场装置 |
| 4.1 脉冲磁场装置设计 |
| 4.2 放电测试结果与模拟对比 |
| 4.3 低真空环境中放电实验 |
| 4.4 感生电场击穿的理论分析和模拟结果 |
| 4.4.1 感生电场的理论分析模型 |
| 4.4.2 感生电场二维轴对称模拟 |
| 4.4.3 背景气体电离与气压关系的理论分析 |
| 4.5 有背景气体的磁化激光等离子体实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 用于上海神光Ⅱ升级大型激光装置上的脉冲磁场装置 |
| 5.1 脉冲磁场装置设计 |
| 5.2 放电测试结果 |
| 5.3 在神光Ⅱ升级激光装置上的初步实验结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 脉冲变压器线圈 |
| 6.1 脉冲变压器线圈理论推导 |
| 6.2 脉冲变压器线圈数值模拟 |
| 6.3 脉冲变压器线圈放电测试 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 外加脉冲强磁场增强激光烧蚀 |
| 7.1 实验排布 |
| 7.2 实验结果及分析 |
| 7.2.1 离子电荷量和离子能谱 |
| 7.2.2 脉冲激光沉积镀膜的厚度和形貌 |
| 7.2.3 外加脉冲强磁场增强激光烧蚀的物理机制探究 |
| 7.2.4 纹影诊断技术确认增强烧蚀的主要机制 |
| 7.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
| 已发表论文 |
| 学术会议 |
（8）S波段低磁场相对论返波管振荡器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 高功率微波与高功率微波源 |
| 1.1.2 相对论返波管振荡器 |
| 1.1.3 低磁场相对论返波管振荡器研究历史和现状 |
| 1.2 选题意义 |
| 1.3 本文的主要内容与创新点 |
| 1.3.1 本文的主要内容 |
| 1.3.2 本文的创新点 |
| 第二章 S波段低磁场相对论返波管振荡器理论分析 |
| 2.1 相对论返波管振荡器的线性理论 |
| 2.2 电子回旋共振吸收效应 |
| 2.3 相对论返波管振荡器输出微波功率 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 S波段低磁场相对论返波管振荡器模拟研究 |
| 3.1 粒子模拟方法 |
| 3.2 S波段相对论返波管振荡器物理设计 |
| 3.2.1 反射谐振腔设计 |
| 3.2.2 漂移段长度的选择 |
| 3.2.3 慢波结构设计 |
| 3.2.4 二极管参数 |
| 3.2.5 阴极半径的选择 |
| 3.2.6 引导磁场强度 |
| 3.3 低磁场相对论返波管振荡器设计小结 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 S波段低磁场相对论返波管振荡器原理验证实验 |
| 4.1 实验系统 |
| 4.2 测量系统 |
| 4.2.1 电子束参数测量 |
| 4.2.2 微波功率测量 |
| 4.3 实验参数调节 |
| 4.3.1 电子束调试 |
| 4.3.2 阴极半径对输出功率的影响 |
| 4.3.3 引导磁场强度对输出功率的影响 |
| 4.4 实验结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 低磁场RBWO配套小型磁场系统研究 |
| 5.1 HPM系统引导磁场简介 |
| 5.2 脉冲磁场系统工作原理 |
| 5.3 螺线管磁场参数计算 |
| 5.4 螺线管设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（9）140GHz回旋管理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 回旋管的原理 |
| 1.2 发展历程简述 |
| 1.2.1 回旋管发展历程 |
| 1.2.2 回旋管相关关键技术的发展历程 |
| 1.3 回旋管的发展现状及发展趋势 |
| 1.3.1 回旋管的发展现状 |
| 1.3.2 回旋管的发展趋势 |
| 1.4 本论文的研究内容和组织结构 |
| 第二章 回旋管理论 |
| 2.1 电子光学系统理论 |
| 2.1.1 磁控注入电子枪 |
| 2.1.2 电子束品质 |
| 2.1.3 降压收集极 |
| 2.1.4 阴极发射的Nottingham效应 |
| 2.1.5 小结 |
| 2.2 束波互作用理论 |
| 2.2.1 回旋管腔体的结构与特性 |
| 2.2.2 线性理论 |
| 2.2.3 自洽非线性理论 |
| 2.2.4 多模时域理论 |
| 2.2.5 小结 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 1.5MW/140GHz回旋管设计 |
| 3.1 理论计算程序的编制和校验 |
| 3.2 1.5MW/140GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪 |
| 3.2.1 理论设计 |
| 3.2.2 PIC模拟设计 |
| 3.2.3 小结 |
| 3.3 140GHz/1.5MW回旋管腔体的设计 |
| 3.3.1 选模 |
| 3.3.2 自洽非线性计算和优化 |
| 3.3.3 模式竞争分析 |
| 3.3.4 模式竞争抑制 |
| 3.3.5 小结 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 跨频带调谐准光回旋管的设计 |
| 4.1 准光模式转换系统的传输条件 |
| 4.2 高频腔体设计 |
| 4.2.1 选模 |
| 4.2.2 单模自洽非线性计算与功率带内匀化 |
| 4.2.3 模式竞争分析及多模时域计算 |
| 4.3 宽带输出窗的设计 |
| 4.4 宽带工作的电子枪设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 140GH/50kw回旋管的设计与实验 |
| 5.1 140GHz/50kW回旋管设计 |
| 5.1.1 高频腔体设计 |
| 5.1.2 电子枪设计 |
| 5.1.3 其他部分的设计结果 |
| 5.1.4 小结 |
| 5.2 140GH/50kw回旋管实验 |
| 5.2.1 实验系统 |
| 5.2.2 实验测试 |
| 5.2.3 小结 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 在学期间发表学术论文和研究成果 |
（10）激光驱动超热电子发散角和温度定标研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 激光等离子体相互作用物理 |
| 1.2.1 等离子体的定义 |
| 1.2.2 等离子体的基本参数 |
| 1.2.3 激光脉冲的基本参数 |
| 1.3 超热电子的产生和不稳定性 |
| 1.3.1 J×B加热 |
| 1.3.2 自生磁场的产生机制 |
| 1.3.3 Weibel不稳定性 |
| 1.4 激光等离子体相互作用的应用 |
| 1.4.1 惯性约束核聚变 |
| 1.4.2 激光驱动电子加速 |
| 1.4.3 激光驱动离子加速 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 粒子模拟方法简介 |
| 2.1 PIC模拟的数值方法 |
| 2.1.1 粒子速度和位置求解 |
| 2.1.2 电磁场的求解 |
| 2.1.3 EPOCH中的电离模块 |
| 2.2 本章小结 |
| 第三章 场致电离效应对超热电子发散角的影响 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 数值模拟结果及分析 |
| 3.2.1 模拟参数设置 |
| 3.2.2 结果分析与讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 磁化等离子体中超热电子加热机制研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 电子回旋共振加热 |
| 4.3 数值模拟结果及分析 |
| 4.3.1 1D结果及分析 |
| 4.3.2 2D结果及分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
四、Instability of relativistic electron beam with strong magnetic field（论文参考文献）
- [1]超短超强激光驱动的直接电子加速及高品质辐射[D]. 谭军豪. 中国科学院大学(中国科学院物理研究所), 2021
- [2]螺线管约束激光等离子体研究[D]. 王桂才. 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所), 2021(01)
- [3]高重复频率自由电子激光的新机制研究[D]. 颜佳伟. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所), 2021(01)
- [4]电子束-等离子体系统激发太赫兹辐射的研究[J]. 唐昌建,杨生鹏,夏玉玺,宫玉彬. 真空电子技术, 2020(05)
- [5]基于电子束—等离子体系统的太赫兹辐射机制研究[D]. 杨生鹏. 四川大学, 2020(01)
- [6]X波段高功率高效率相对论三轴速调管放大器研究[D]. 张威. 国防科技大学, 2019(01)
- [7]用于激光等离子体的紧凑型脉冲强磁场装置及其应用[D]. 王雨林. 中国科学技术大学, 2019(02)
- [8]S波段低磁场相对论返波管振荡器研究[D]. 江佩洁. 中国工程物理研究院, 2019(01)
- [9]140GHz回旋管理论与实验研究[D]. 马国武. 中国工程物理研究院, 2019(01)
- [10]激光驱动超热电子发散角和温度定标研究[D]. 郎跃. 国防科技大学, 2018(01)