[实用新型]一种支撑、水冷一体化的强流电子束同轴收集极

说明书

本申请涉及高功率微波技术领域，公开了一种支撑、水冷一体化的强流电子束同轴收集极，包括第一进水管、第一出水管、第二进水管、第二出水管、支撑结构、电子收集和能量沉积层、冷却水循环层及冷却水回收层。本申请将同轴HPM源中的支撑结构及电子束收集极进行了一体化设计，通过支撑杆打孔及在电子束收集极表面设计螺旋水道的方式成功的将冷却水引入到同轴HPM源的内导体，能够同时实现同轴高功率微波源电子束收集极的散热及内外导体的支撑及定位；电子束收集极的散热，可有效避免收集极材料表面吸附气体的解吸附及阳极等离子体的产生，确保HPM源工作所需的真空环境，为同轴HPM的重频运行奠定了良好的技术基础。

技术领域

本申请涉及高功率微波技术领域的强流电子束收集极，特别是涉及一种支撑、水冷一体化的强流电子束同轴收集极。

背景技术

高功率微波(High Power Microwave,HPM)技术是一门结合电真空技术、脉冲功率技术及等离子体物理学的前沿交叉学科技术。高功率微波源是高功率微波系统的核心部件，它通过器件内部特殊设计的高频电磁结构将强流相对论电子束(IntenseRelativistic Electron Beam,IREB)的动能转化为微波能量，失能后的IREB直接轰击在电子束收集极表面。

然而，目前HPM源的能量效率普遍较低(约为20％)，IREB在束-波能量交换后仍具有较大的动能。IREB轰击电子束收集极表面后，这部分能量将直接转换为热能，导致收集极表面温度骤然升高。收集极表面温度的骤然上升会导致收集极材料表面吸附气体的解吸附甚至导致材料本身发生熔化、蒸发和汽化，而且收集极材料高温热脱附和汽化不仅会污染真空环境，更可能导致有害等离子体的产生。收集极材料表面吸附气体的热脱附将会污染HPM源的真空环境，气体分子在IREB的轰击下将会发生电离，阻碍IREB的传输，最终导致器件效率降低、脉冲缩短、模式跳变等问题；收集极表面材料的熔化、蒸发和汽化将会形成阳极等离子体源，不断发射电子和离子，这些电子和离子将会沿着磁感线往前扩散到器件束-波相互作用区，与沿着磁感线往后传播的IREB直接相撞，最终导致束流崩溃，器件完全无法工作。因此，在HPM技术领域，任何减少收集极表面热负载的措施都具有积极意义。尤其对于重频运行的HPM源，收集极的散热是实现器件高性能稳定工作的关键一环。

现有技术对于强流电子束收集极的散热，仅仅是针对空心HPM源，且只能对外导体进行散热。

而在同轴HPM源中，电子束收集极完全在内导体上，同时，内导体和外导体间仅仅通过很细的支撑杆进行连接，难以引入冷却结构，因此现有报导的同轴HPM源均未设计外部冷却结构，仅通过内导体的热传导和热辐射进行散热。这种散热方式效率较低，在重频条件下，IREB的持续轰击将会导致收集极表面温度迅速升高，最终破坏器件的正常工作状态。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种支撑、水冷一体化的强流电子束同轴收集极，能够对重频同轴HPM源进行冷却，减少收集极表面热负载，实现收集极的散热。

一种支撑、水冷一体化的强流电子束同轴收集极，采用无磁不锈钢、无氧铜等材料加工而成，包括：支撑结构和冷却组件；

同轴HPM源束-波互作用区的内导体和外导体分别与所述冷却组件的一端和所述支撑结构相连，所述冷却组件的另一端与所述支撑结构的一端相连，所述支撑结构的另一端与所述同轴HPM源功率辐射系统的内导体和外导体相连；

所述支撑结构包括：外导体连接段、内导体连接段和支撑杆；

所述外导体连接段和所述内导体连接段均固定设置为环状结构；所述外导体连接段的内环与所述内导体连接段的外环通过所述支撑杆相连，所述支撑杆的数量为多个，所述支撑杆环形间隔设在所述内导体连接段的角向，相邻的两个支撑杆之间围成微波输出窗；

所述支撑结构内设有流经所述微波输出窗周围的第一流道，所述冷却组件内设有第二流道，所述第一流道与所述第二流道相通。