[发明专利]一种监测回旋行波安全工作的方法

说明书

本发明公开了一种监测回旋行波管安全工作的方法，包括以下步骤：S1、构建基于复杂等离子体形成及演化的回旋行波管模型；S2、设置回旋行波管正常工作时的参数范围；S3、将电子束和外加磁场持续输入到回旋行波管模型中，并判断其工作参数是否在正常工作时的参数范围内，若是，则回旋行波管模型持续输出微波，若否，则进入步骤S4；S4、将电子束和外加磁场暂时停止输入到回旋行波管模型中，直到其工作参数回到正常工作时的参数范围，使回旋行波管模型继续工作，并持续输出微波。本发明针对当前回旋行波管连续工作可靠性不佳的问题，建立了回旋行波管模型，对回旋行波管的连续工作可靠性做出了有效的改进指导。

技术领域

本发明属于等离子体分析技术领域，具体涉及一种监测回旋行波管安全工作的方法。

背景技术

回旋行波管在高工作和连续波状态下由于材料出气等原因一般难以长时间稳定可靠工作，在连续工作6-7个小时后，器件会进入故障高发期。目前，国际上对限制回旋行波管稳定可靠工作的因素尚未完全清楚，由此导致回旋行波管的工程实用性大幅下降。

实验室通过大量高功率实验研究，总结出残余气体碰撞电离是影响器件稳定工作的最重要因素，如图1所示，随着真空度下降，残余气体碰撞电离加剧，器件工作将面临以下问题：工作电流脉内纹波、器件噪底提升、频谱杂散、功率波动、脉冲波形异常、脉冲波形垮塌、击穿打火及输出窗炸裂等。

如图2所示，出现以上问题的原因在于：器件为满足毫米波高功率输出，必然工作在小横截面、高电压、大电流环境下以提供有效的互作用高频结构及足够的直流转换功率，其小尺度、高功率、高电压、大电流的工作环境导致器件单位面积功率损耗大、电场强度高、电流密度高。随着损耗功率密度的提升，器件内壁工作温度上升，其中蕴含的深层气体将向外扩散，其表面气体也将脱附，器件内部的残余气体数量增多，真空度下降；器件工作在高压大电流状态，将有大量电子受外加电场加速，并与残余气体碰撞，碰撞后由于电子动能大于残余气体电离能，产生电离；电离后的电子将被外加电场持续加速而出现“雪崩击穿”现象，从而出现大量电离。

特别是在过渡段上升磁场形成的“磁镜”作用下，部分横向速度较大的杂散电子会驻留在绝热压缩区进行往复运动，增大残余气体电离几率；还有大量质子与电子回轰阴极、阳极表面造成局部温升表面气体脱附，真空度进一步恶化；电离形成的电子在高频场的作用下还会形成同步辐射，提升器件噪底降低寄生模式起振阈值，造成杂散频谱的出现；若持续电离出现，还会造成器件的击穿“打火”，若器件保护不及时，击穿能量将持续作用在管体输出窗等薄弱环节，造成输出窗损坏。

综上所述，工作在高压、大电流下的大功率毫米波器件由于输出功率上升，真空度下降，残余气体电离，从而导致器件性能下降甚至损坏。

传统大功率真空器件注波互作用换能分析模型，一直建立在“绝对真空”的假设下，即只考虑发射电子注与电磁波互作用，这一假设在器件工作低于占空比、短脉冲的条件下是合理的，因此广泛应用于性能样管研制阶段，传统的等离子体分析方法的重点在于如何描述碰撞电离这一物理过程，而没有系统考虑在强电磁场作用下，碰撞电离后“杂散”电荷的出现对器件内壁的轰击效应，以及造成的真空度循环恶化的问题，还有碰撞电离后电子注相空间分布的变化对注波互作用的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的监测回旋行波管安全工作的方法解决了现有技术中，难以确保回旋行波管能够长时间稳定高效工作的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种监测回旋行波管安全工作的方法，包括以下步骤：

S1、构建基于复杂等离子体形成及演化的回旋行波管模型；

S2、设置回旋行波管正常工作时的参数范围；