[发明专利]双螺旋水槽型强流电子束收集极

摘要

本发明属于高功率微波技术领域，具体涉及一种双螺旋水槽型强流电子束收集极。目的是提供一种适用于长时间、重频运行高功率微波源的电子束收集极，及时高效地将强流电子束轰击收集极内表面沉积的大量热能传递出去，并且有效回收电子束。技术方案是采用双螺旋水槽套筒与金属钽衬底配合的方式设计强流电子束收集极，套筒与衬底之间构成的双螺旋水槽可以改善水槽内流体速度均匀性、消除流速死区以提高冷却结构的对流换热能力，金属钽衬底高熔点及强散射特性的可以提高收集极所能承受的最高工作温度。在重频、长脉冲、长时间运行的GW级高功率微波产生器件强流电子束收集极中，本发明可以有效解决束流轰击收集极产生大量热能的散热问题。

主权项

一种双螺旋水槽型强流电子束收集极，其特征在于：所述收集极由双螺旋水槽套筒、收集极衬底、前后两个压盖及两个银丝密封圈组成；所述套筒形状为圆筒形，前后端开口处均设有固定法兰，套筒的横向截面内腔直径为D1，D1由与其相连的上游器件输出口的内截面直径及收集极衬底壁厚决定，套筒的轴向长度为L1，L1＞4lc，lc表示电子轰击区域长度；在套筒内壁开有双螺旋水槽，所述双螺旋水槽包含主、副两部分水道，主、副水道均为等距螺旋水槽且各自独立，水槽截面均为矩形，水槽宽度为l，深为h，l和h的选取应遵循以下原则：一方面要保证冷却液的流量充足，否则会影响螺旋水槽的换热量；另一方面要确保螺旋水槽内的冷却液处于旺盛湍流状态；主水道从套筒内壁前端起始，以电子束轰击区域的中心为中心，轴向长度为Lm，满足Lm≥2lc，螺距为d，满足2l<d<3l，螺旋圈数为N，满足副水道起始点与主水道起始点关于中心轴对称，副水道与主水道交错螺旋，螺距与主水道螺距相同，轴向长度为La，满足La＝2Lm；在双螺旋水槽主水道及副水道的起始点所在处的法兰侧壁均开有进水口，在双螺旋水槽主水道及副水道的终止点所在处的套筒侧壁上均开有出水口，冷却液通过进水口导入到双螺旋水槽中并从出水口流出，将强流电子束轰击衬底所产生的热量带走；所述衬底为圆筒形，内直径为D，与上游器件输出口的内截面直径相等，长度为L，满足L＝L1，厚度为Δ，满足Δ＝D1‑D，将所述衬底保持与套筒同轴插入套筒内腔，且前后端面平齐，所述衬底外壁与套筒内壁的双螺旋水槽共同构成冷却液通道；套筒与衬底通过前后两个压盖压紧装配在一起，所述压盖为圆环状金属圆盘，在压盖上沿角向均匀地开有螺孔，通过螺孔与套筒两端装配面上沿角向均匀开设的螺纹孔进行配合，将衬底同轴固定在套筒内部；压盖与套筒及衬底的装配面上设置有密封槽，密封槽的中心直径等于套筒内直径，对应于套筒和衬底的连接缝处，密封槽内放置银丝密封圈，用于隔离冷却水道及外部空气与微波源器件内的高真空环境。