一種分段式螺線管磁場(chǎng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)，具體而言，是一種滿足從強(qiáng)磁場(chǎng)中間饋入微波種子源造成螺線管分段的引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在高功率微波源、加速器等大型裝置中，從二極管電子發(fā)射開(kāi)始至微波器件慢波結(jié)構(gòu)結(jié)束這一段波束相互作用過(guò)程中，常常需要提供強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境以約束電子運(yùn)動(dòng)軌跡。通常所使用的微波器件如相對(duì)論速調(diào)管等所需磁場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)，磁場(chǎng)均勻度越來(lái)越高，磁場(chǎng)均勻區(qū)越來(lái)越大，而微波種子源從微波器件中饋入造成螺線管分段，分段區(qū)域均勻度下降。
[0003]當(dāng)前被采用的產(chǎn)生此類(lèi)微波器件需求的磁場(chǎng)技術(shù)主要由以下幾種:第一種是超級(jí)電容磁場(chǎng)電源配合油冷螺線管線圈方式，這種方式體積小磁場(chǎng)可調(diào)，但勵(lì)磁強(qiáng)度低，均勻性一般，造價(jià)昂貴。第二種方式是使用低壓大電流的超導(dǎo)磁體電源配合超導(dǎo)磁體，這種方式磁場(chǎng)強(qiáng)度高均勻性好，但超導(dǎo)磁體系統(tǒng)設(shè)備昂貴，不利于工程化合市場(chǎng)推廣。第三種是脈沖磁場(chǎng)技術(shù)，這種脈沖磁場(chǎng)雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，場(chǎng)強(qiáng)高，但脈沖磁場(chǎng)持續(xù)時(shí)間短，無(wú)法提供微波重頻狀態(tài)工作需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的為了克服上述困難和缺點(diǎn)，提供一種因饋入種子源造成螺線管分段條件下的引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種分段式螺線管引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)，包括兩段螺線管，每段螺線管包括內(nèi)部中空的圓柱體和纏繞在圓柱體表面的線包；所述圓柱體的表面設(shè)置有若干個(gè)線包，每個(gè)線包的高度、大小尺寸均不相同；相鄰兩段螺線管的圓柱體的端面上分別設(shè)置有槽，相鄰兩段螺線管之間設(shè)置有潰入波導(dǎo)，所述潰入波導(dǎo)設(shè)置在圓柱體端面上的槽內(nèi)。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述波導(dǎo)擋板的外徑尺寸與圓柱體端面上槽的內(nèi)徑尺寸一致。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述線包設(shè)置在圓柱體的圓柱面靠近端面處。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述線包的餅數(shù)和層數(shù)均可調(diào)節(jié)。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述線包采用中空水冷方銅線繞制，所述線包中每餅電路串聯(lián)，水路并聯(lián)，電路與水路環(huán)氧灌注為一體。
[0011]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0012]一是提高了分段處的磁場(chǎng)強(qiáng)度和均勻度。本發(fā)明利用兩個(gè)巧妙設(shè)計(jì)的螺線管，通過(guò)合理的線包設(shè)計(jì)和骨架機(jī)械結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)匕惭b裝配，可以提供高場(chǎng)強(qiáng)，較高磁場(chǎng)均勻度，大均勻區(qū)的引導(dǎo)磁場(chǎng)。
[0013]二是本發(fā)明配合水冷系統(tǒng)和磁場(chǎng)電源，實(shí)現(xiàn)了徑向電子束的穩(wěn)定傳輸，磁場(chǎng)均勻度強(qiáng)度易于調(diào)節(jié)，適宜于很多類(lèi)型的微波器件應(yīng)用。
[0014]三是在微波器件實(shí)驗(yàn)中，常規(guī)的螺線管線圈采用大孔徑，從螺線管一端饋入微波種子源的方式；而本方案分段螺線管磁場(chǎng)更利于微波種子源的饋入，簡(jiǎn)化了種子源饋入；從中間饋入種子源可以使得前端孔徑變小，均勻區(qū)徑向需求變小，更加充分的利用磁場(chǎng)空間；分段處雖然會(huì)造成均勻度下降，但通過(guò)端部勻場(chǎng)線圈可以有效地提高均勻度，使之滿足需求。
[0015]四是本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高，符合技術(shù)發(fā)展需求，利于市場(chǎng)應(yīng)用。適用于各種類(lèi)型的脈沖功率源微波器件研宄。
【附圖說(shuō)明】
[0016]本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
[0017]圖1是本發(fā)明的線包設(shè)計(jì)圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的分段式螺線管引導(dǎo)磁場(chǎng)裝配關(guān)系圖；
[0019]其中:1是主線包形狀；2是端部勻場(chǎng)線包形狀；3是分段處勻場(chǎng)線包形狀；4是勻場(chǎng)區(qū)；5是螺線管整體；6是分段處通槽及饋入波導(dǎo)；7是二極管；8是微波器件；9是種子源饋入波導(dǎo)；10是微波發(fā)射天線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)其最終目的，其關(guān)鍵點(diǎn)在于:
[0021]一是多段高強(qiáng)度磁場(chǎng)主線包設(shè)計(jì)，根據(jù)所需磁場(chǎng)強(qiáng)度和空間條件限制，設(shè)計(jì)兩段提供主磁場(chǎng)強(qiáng)度的主線包，主要計(jì)算電流密度，線纜規(guī)格，電流區(qū)域等。
[0022]二是勻場(chǎng)線包設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)勻場(chǎng)線包滿足磁場(chǎng)均勻度磁場(chǎng)要求。勻場(chǎng)線圈的大小和成本和均勻度密切相關(guān)，通過(guò)設(shè)計(jì)若干主線包端部的勻場(chǎng)線包，達(dá)到抵消或者升高軸向磁場(chǎng)的目的。
[0023]三是線包繞制，采用中空水冷方銅線繞制，此時(shí)勻場(chǎng)線包和主線包的設(shè)計(jì)參數(shù)體現(xiàn)在餅數(shù)和層數(shù)，線包中每餅電路串聯(lián)，水路并聯(lián)，繞制完成后環(huán)氧灌注。
[0024]四是骨架設(shè)計(jì)和支撐結(jié)構(gòu)，螺線管分段處的端板開(kāi)通槽處理，尺寸剛好和微波種子源的引入波導(dǎo)相協(xié)調(diào)，貼緊后螺線管固定在支撐結(jié)構(gòu)上，通過(guò)定位銷(xiāo)釘和起降螺釘進(jìn)行螺線管對(duì)中和調(diào)位置，定位銷(xiāo)釘穿過(guò)模塊支架上的孔位，通過(guò)螺母與支架鎖緊。
[0025]如圖1所示，此引導(dǎo)磁場(chǎng)系統(tǒng)中線圈結(jié)構(gòu)由主線包和勻場(chǎng)線包兩部分組成，其中勻場(chǎng)線包又包括端部勻場(chǎng)和分段處勻場(chǎng)線包兩部分。線圈導(dǎo)體的選擇和電流密度的選擇關(guān)系到電功率和勵(lì)磁電流問(wèn)題，可布線區(qū)域全部布線產(chǎn)生1.2T所需電流密度為8A/_2，較高的電流密度可以使線圈尺寸大大減小，導(dǎo)體線纜截面有外方內(nèi)圓，外方內(nèi)方，外圓內(nèi)圓幾種方式，就目前便于繞線和水冷效果而言，采用外方內(nèi)方的空心導(dǎo)體，材料選為含氧量不大于百萬(wàn)分之十無(wú)氧銅。勻場(chǎng)線包采用多階亥姆霍茲線圈抵消高階磁場(chǎng)分量，由于螺線管中部分段，磁場(chǎng)中心漂移，造成分段處勻場(chǎng)困難，通過(guò)迭代找到滿足磁場(chǎng)要求的螺線管線包分布圖。線圈采用采用線纜規(guī)格為6*6內(nèi)孔3.5*3.5的中空方銅管繞制線包，所選電流密度為8A/mm2，中間分段處線包間距24mm。由于中間分段處螺線管壁厚和間隙會(huì)造成此處磁場(chǎng)難以均勻，采用結(jié)果是將側(cè)面壁厚內(nèi)刻一定厚度的通槽便于安裝饋入波導(dǎo)，這樣可以使得勻場(chǎng)區(qū)范圍減小，兩線圈間隔靠近，使間隙處的磁場(chǎng)均勻度質(zhì)量更高。
[0026]如圖2所示，展示了分段式螺線管使用條件，螺線管勻場(chǎng)區(qū)內(nèi)包含發(fā)射二極管，種子源饋入波導(dǎo)，微波波束相互作用慢波結(jié)構(gòu)。二極管陰極接收脈沖功率源產(chǎn)生的高壓脈沖發(fā)射電子，發(fā)射的電子在螺線管的勻場(chǎng)區(qū)沿著軸向旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，在經(jīng)歷種子源饋入波導(dǎo)段后與微波器件發(fā)生波束相互作用，電子束的能量傳遞給微波，之后微波源經(jīng)放大后通過(guò)天線定向輻射給目標(biāo)物體。本實(shí)施例中引導(dǎo)約IMev能量的軸向電子束傳輸，二極管陰極尺寸發(fā)射半徑20mm，軸向長(zhǎng)140mm。螺線管孔徑150mm，外徑小于500mm，總長(zhǎng)度1036mm,線包分段間隙24_。均勾區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度1.2T，磁場(chǎng)不均勾度小于5%，均勾區(qū)從140mm處開(kāi)始700mm長(zhǎng)度，最大不均勾點(diǎn)發(fā)生在分段處。線圈通電330A，運(yùn)行時(shí)最大峰值功率約220kw，最大磁場(chǎng)持續(xù)時(shí)間5S，工作模式為5s/2min。實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電子通過(guò)率高，很少發(fā)現(xiàn)電子打在微波器件壁上的情況。
[0027]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分段式螺線管磁場(chǎng)，包括螺線管，其特征在于:所述螺線管分為兩段，饋入波導(dǎo)設(shè)置在兩段螺線管之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分段式螺線管磁場(chǎng)，其特征在于所述兩段螺線管相鄰的兩個(gè)截面上設(shè)置有凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分段式螺線管磁場(chǎng)，其特征在于所述凹槽的形狀與潰入波導(dǎo)的外形相適應(yīng)，潰入波導(dǎo)設(shè)置在凹槽內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分段式螺線管磁場(chǎng)，其特征在于所述螺線管表面設(shè)置有若干個(gè)線包。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種分段式螺線管磁場(chǎng)，其特征在于所述線包非均勻排列，且線包的高低、大小不相同。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種分段式螺線管磁場(chǎng)，其特征在于所述線包采用中空水冷方銅線繞制，所述線包中每餅電路串聯(lián)，水路并聯(lián)，電路與水路環(huán)氧灌注為一體。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種分段式螺線管磁場(chǎng)，包括兩段螺線管，每段螺線管包括內(nèi)部中空的圓柱體和纏繞在圓柱體表面的線包；所述圓柱體的表面設(shè)置有若干個(gè)線包，每個(gè)線包的高度、大小尺寸均不相同；相鄰兩段螺線管的圓柱體的端面上分別設(shè)置有槽，相鄰兩段螺線管之間設(shè)置有潰入波導(dǎo)，所述潰入波導(dǎo)設(shè)置在圓柱體端面上的槽內(nèi)。本實(shí)用新型一是提高了分段處的磁場(chǎng)強(qiáng)度和均勻度；二是本實(shí)用新型配合水冷系統(tǒng)和磁場(chǎng)電源，實(shí)現(xiàn)了徑向電子束的穩(wěn)定傳輸，磁場(chǎng)均勻度強(qiáng)度易于調(diào)節(jié)，適宜于很多類(lèi)型的微波器件應(yīng)用；三是磁場(chǎng)分布均勻；四是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性?xún)r(jià)比高。
【IPC分類(lèi)】G09B23/18, H01J23/26
【公開(kāi)號(hào)】CN204695649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520337893
【發(fā)明人】楊曉亮, 羅光耀, 羅敏, 黃華, 金暉
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年5月25日