高频腔本征值问题的三维数值模拟

 运用有限积分法软件MAFIA和有限元软件ANSYS对两类高频腔的本征值问题进行数值模拟，将模拟结果与部分实验数据进行验证，得到了比较一致的结果，其平均计算精度在5%以内，证实了两种电磁软件都可用于高频腔本征值问题的数值模拟，在计算精度上为满足工程设计需要做了一些研究。另外将两种模拟软件在计算时间上作了对比。     

紧凑型自聚束微波电子枪设计研究

 提出一种新的紧凑型强流电子枪结构。紧凑型自聚束微波电子枪是一个多驻波腔结构,最大特点是腔与腔之间相互没有耦合,每腔可分别独立馈入功率和调节相位。通过选择合适的馈入功率和高频相位搭配,能够得到较优的束流品质。在此基础上采用外注入电子束的结构,能进一步增大流强和降低能散度,同时消除电子反轰对阴极工作的不利影响。利用Superfish和Parmela程序对腔体结构和束流动力学反复进行计算,确定了一组结构和工作参数。模拟结果表明出束微脉冲峰值流强可以到18 A,能散度小于2‰,横向发射度小于6 πmm·mrad。最后给出腔体冷侧结果,与模拟计算结果吻合得较好。     

耦合腔慢波特性及其注-波互作用的三维软件模拟

 利用MAFIA软件分别对休斯型耦合腔慢波结构进行了由冷腔到热腔的计算机模拟，并将冷腔模拟结果分别与理论计算结果和实验测试结果进行比较，发现模拟结果更加接近实验值，色散特性的平均误差在0.02%左右，耦合阻抗的平均误差在5%左右，基本满足设计要求；由冷腔模拟结果导入MAFIA三维粒子模拟模块中进行注 波互作用模拟，对其工作机理进行了定性分析。     

571.2MHz次谐波聚束腔的高频电磁场效应

高频谐振腔中的电磁场通常以两种方式影响谐振腔的特性. 一种方式是通过作用在谐振腔内壁上的高频热, 这主要 由高频功率的欧姆损耗导致; 另一种方式是通过作用在谐振腔内壁上的洛仑兹力, 这主要由谐振腔内壁上的面电流 和面电荷导致. 联合使用有限差分软件Superfish和有限元软件ANSYS，本文对571.2MHz次谐波聚束腔中的高频电磁场 效应进行了研究. 此外, 本文还对BEPCⅡ未来预注入器第1个次谐波聚束腔中的高频热效应进行了讨论.     

直线感应加速器输运过程模拟

对直线感应加速器中电子束的输运过程进行数值模拟研究,采用了时域有限差分与粒子模拟相结合的方法。在对直线感应加速器建模的过程中,成功地使用了非均匀网格模型,实现了对加速腔精细结构的建模。并在加速间隙处加入了加速场。通过3个步骤实现了直线感应加速器加速腔中聚束磁场的模拟,最后将聚束场与加速段结合起来模拟电子束的输运过程,并对结果加以分析,验证了方法的正确性。     

基于有限差分束传播法的Mach-Zehnder型波导电光调制器的模拟设计

针对掺钛铌酸锂ＭａｃｈＺｅｈｎｄｅｒ型波导电光调制器的结构及折射率分布，运用有限差分束传播方法（ＦＤＢＰＭ）进行模拟计算，取得了二维情况下的最佳设计尺寸在此基础上，把所得的设计结果与原有的用快速傅里叶束传播方法（ＦＦＴＢＰＭ）所得的结果进行比较和分析结果显示，运用有限差分束传播方法不仅取得了预期的结果，而且，这种方法比原有的快速傅里叶束传播方法更快捷和方便，是器件设计的理想和现实的数值模拟工具     

S波段HYBRID聚束-加速结构的样机研制

Hybrid聚束-加速结构是把驻波预聚束器、行波聚束器和标准加速管集成到一起的新型RF结构。简述了对S波段Hybrid聚束-加速结构样机的束流动力学优化和微波设计结果,解释了Hybrid结构导致发射度增长的原因,对此样机进行了射频低功率测试。样机的冷测结果与RF设计结果一致性很好。在冷测频率2 855.21 MHz处,实测S₁₁小于?45 dB,腔间相移偏差小于±2°,VSWR≤1.2对应的带宽大于5 MHz,轴向场分布完全满足动力学要求。     

有限维Hilbert空间一种新的奇偶非线性相干态

利用数值计算方法,研究了有限维Hilbert空间一种新的奇偶非线性相干态的反聚束效应.研究结果表明:各有限维Hilbert空间新的偶非线性相干态均不出现反聚束效应.但各有限维Hilbert空间新的奇非线性相干态均可出现反聚束效应.     

基于有限差分束传播法的Mach-Zehnder型波导电光调制器的模拟设计

针对掺钛铌酸锂Mach-Zehnder型波导电光调制器的结构及折射率分布,运用有限差分束传播方法(FD BPM)进行模拟计算,取得了二维情况下的最佳设计尺寸.在此基础上,把所得的设计结果与原有的用快速傅里叶束传播方法(FFT BPM)所得的结果进行比较和分析.结果显示,运用有限差分束传播方法不仅取得了预期的结果,而且,这种方法比原有的快速傅里叶束传播方法更快捷和方便,是器件设计的理想和现实的数值模拟工具.     

非均匀加速结构腔间耦合系数模拟计算

电子直线加速器的聚束段对于会聚入射电子相位,提高电子直线加速器出射束流性能起着至为关键的作用. 而准确计算聚束段腔间耦合系数又是设计聚束段耦合孔几何结构的关键. 本文利用电磁场计算软件MAFIA的特征值计算模块E模块, 分别计算出单腔频率, 双腔腔链的两个本征频率,从而得到聚束段腔间耦合系数. 采用该方法,可以设计聚束段腔间耦合孔的几何参数. 与实验结果的对照表明, 这是一种非常有效的非均匀加速结构腔间耦合孔设计方法.     

强流四杆型RFQ加速腔水冷系统的设计和数值模拟

为了研制一个强中子发生器，北京大学重离子物理研究所设计了一台高负载因子、高流强的RFQ加速器. 本文讨论了RFQ加速腔水冷系统的设计，使用有限元软件ANSYS对水冷系统进行了分析. 使用MAFIA模拟计算得到的功率密度，并将其作为ANSYS水冷模型的边界条件. 因为MAFIA程序和ANSYS程序分网方法的不同，使用一个程序来将MAFIA的结果导入到ANSYS模型中，从而建立起了RFQ加速腔的热分析模型. 通过这个热分析模型分析并检验了水冷系统的设计，确定了水冷系统的结构. 模拟计算结果表明：使用目前设计的这套水冷系统，能够使RFQ加速器工作在适宜的温度下以及长时间稳定的运行.     

Three Dimension Simulation of Millimeter Wave Double Staggered Coupled Cavity Structure

After analyzed the cavity field mean method theory resolution, the software simulation method to obtain the resonance frequency, Q value and RF dispersion by MAFIA and ANSYS software is discussed for the double staggered coupled cavity Millitron structure in the millimeter-wave TWT. The resonance frequency and Q value of the single cavity is obtained and is consistent with two kind of the simulation software. Their average error is about 0.6%. The two kind of the simulation result is consistent to the design precise. The simulation method saves on the cost and time in the experiment, improve the data precise and work efficiency. The trend of the dispersion simulation result is consistent with the cavity field mean method theory result. The high end of the theory result is great contrast to that of MAFIA result. It shows that the theory adopt some hypothetical conditions, But the theory result has some instructional signification in initialization design of the novel slow wave structure.     

The Design and Simulation of a Cooling System of High Current 4-rod RFQ Cavity

To develop a high current neutron generator, preliminary studies on a high current, high duty factor 4-rod RFQ accelerator has been carried out in the Institute of Heavy Ion Physics,Peking University. This paper discusses the design of a cooling system of the RFQ cavity. Finite element program ANSYS was used to analyze the cooling system. The power density was simulated by MAFIA and used as the boundary condition of ANSYS. Due to the different meshing methods between MAFIA and ANSYS, a program was written to transfer the result of MAFIA to ANSYS. Then a thermal analysis model of RFQ cavity was built by using ANSYS. The design of the cooling system was analyzed and checked by using this model, and then the structure of cooling system is determined. Simulation results showed that the design of the cooling system makes RFQ accelerator working at proper temperature and long time steadily.     

上海光源次谐波聚束器的优化设计及测试

 介绍了上海光源直线加速器499.654MHz次谐波聚束器的物理设计、结构、加工、微波测量和试验、运行等的情况。通过2维、3维电磁软件的数值模拟方法对腔型、结构尺寸、电磁参数、调谐范围进行了优化设计,现该腔已经加工完成,并对其进行了电参数测试,结果与物理设计指标吻合很好。在上海光源的束流指标调试过程中,该腔能长期稳定运行。     

螺旋线径向挤压变形对其慢波结构冷测特性的影响

 介绍了用MAFIA软件的准周期边界条件计算螺旋线行波管慢波结构的色散和耦合阻抗，以及用ANSYS软件对螺旋线径向挤压变形建模的方法，并对螺旋线受挤压径向变形对其冷测特性的影响进行了详细的分析。结果表明:螺旋线径向挤压变形会导致相速增大，而在通常的变形范围内耦合阻抗也会增加；当变形继续增大时耦合阻抗上升到最大值后开始下降。     

三维射频加速腔程序包MAFIA的开发和应用

介绍了三维射频加速器计算机辅助设计(CAD)程序包MAFIA的特点、功能及其应用。用CAD的方法实现了射频加速器特别是非轴对称带耦合腔的加速器的三维腔形设计。同时介绍了节省内存、节约机时的模型方法,使得在中小型机器上运行大程序(八万条)成为可能。文章主要对L波段的加速腔进行了数值模拟,并和实验进行了比较,结果符合较好;通过三维数值模拟及图形模拟的方法比较了各种形状谐振腔的性能;计算分析了输入耦合腔及高阶模耦合器对加速腔电磁场分布等参量的影响;提出了加耦合器后谐振频率改变的补偿方法。     

四轩型RFQ加速腔高频特性的数值模拟与实验研究

为设计一个高负载因子、高流强的RFQ加速器，使用三维电磁场计算程序MAFIA对加速腔的高频特性进行了模拟计算. 本文主要研究RFQ支撑板高度、宽度、间距、电极形状等结构参数对高频腔体高频特性的影响，根据RFQ加速器的比分路阻抗以及电磁场分布的要求，对RFQ的结构参数进行优化设计，然后根据模拟计算结果加工冷模，进行冷模测量并将测量结果与计算结果加以比较.     

方腔驱动流的数值模拟研究

利用CFD软件对方腔的温度场和速度场进行了数值模拟计算。采用有限元法对模型的连续性方程、动量方程和能量方程进行离散。对方腔内的流体受迫对流换热进行数值模拟,主要分析了方腔顶部流体在不同速度的情况下,对方腔内部流体的温度场和速度场以及对流换热量的影响,结果表明随着方腔顶部流速的增大方腔底部的温度场和换热量也增大。