磁绝缘线振荡器内气体碰撞电离数值模拟.pdf

第 卷第 期 强 激 光 与 粒 子 束 , 24 3 Vol.24 No.3 年 月 , 2012 3 HIGH POWERLASERANDPARTICLEBEAMS Mar. 2012 文章编号: ( ) 1001-4322201203-0732-07 磁绝缘线振荡器内气体碰撞电离数值模拟* , , , , , , 董 烨 董志伟 杨温渊 陈 军 周前红 孙会芳 周海京 ( , ) 北京应用物理与计算数学研究所 北京 100094 : , ( ) , 摘 要 针对气体碰撞电离过程 介绍了蒙特卡罗碰撞 的处理方法 利用 方法编写了气体 MMC MMC , , 碰撞电离模块 将其移植到 维全电磁粒子模拟程序 之中 模拟了充有 气的磁绝缘线振荡器 3 NEPTUNE He ( )。 : , , , 模拟结果表明 当 气密度较低时 电离的正离子由于较重无法自由移动 形成了正离子通道 可 MILO He , , , 以有效中和电子束空间电荷场 有利于电子束传输和群聚 提高了束波互作用效率 微波输出功率得到了明显 , ; , , , 提高 起振时间也有所缩短 当进一步增加 He气密度时 电离碰撞增强 电子和离子数目会雪崩式增长 电子 , , 束由于碰撞增强而导致能散度增大 其负效应已经远大于中和空间电荷场的正效应 反而不利于电子束的群聚 , , , 和共振 从而导致输出微波功率降低乃至截断 起振时间缩短是由于其在非雪崩阶段的正效应积累所致 但是 , 。 , 、 随着负效应的增强起振功率不能得以维持 二极管最终将闭合 另外 还模拟了 MILO填充空气 水蒸气及二 、 。 , , 、 氧化碳等多原子 多组分气体的碰撞电离物理过程 模拟结果显示 同压强情况下 填充空气 水蒸气及二氧化 碳的脉冲缩短现象要比填充 He气等较低原子序数气体的情况严重得多。 : ;