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第一章 引论 1

1.1 背景 1

1.2 脉冲功率技术 3

1.2.1 马克斯发生器 5

1.2.2 脉冲形成线 7

1.2.3 开关 14

1.2.4 真空二极管 19

1.3 带电粒子束的定性行为 21

1.3.1 真空螺线管磁场中的传输 24

1.3.2 本底等离子体引起的电荷和电流中和 26

1.4 宏观流体描述 27

第二章 强流电子束和离子束的产生 32

2.1 引言 32

2.2 电子发射过程 34

2.2.1 热阴极发射和光电发射 34

2.2.2 场致发射 35

2.2.3 爆炸电子发射 39

2.3 高功率二极管中的电子流 42

2.3.1 相对论性平面二极管 44

2.3.2 顺电势流 47

2.3.3 无箔二极管 52

2.4 高功率二极管中的离子流 57

2.4.1 空间电荷限制的双向流 58

2.4.2 反射三极管 60

2.4.3 磁绝缘离子二极管 67

2.4.4 箍缩电子束二极管中时间相关的电子流和离子流 71

2.5 提要 75

第三章 强流粒子束在真空中的传输 83

3.1 引言 83

3.2 层流平衡的一般方程 84

3.3 空间电荷限制电流 91

3.3.1 无限长漂移空间内的薄环形束 92

3.3.2 无限大一维漂移空间 94

3.3.3 长漂移空间内求解极限电流的迭代方法 96

3.3.4 任意几何形状漂移空间中空间电荷限制电流的上限 97

3.3.5 一维漂移空间内非相对论性束波的频谱 100

3.4 虚阴极的形成 106

3.4.1 经典的静态理论 106

3.4.2 不稳定流的预测 108

3.4.3 单电荷层模型 109

3.4.4 虚阴极的时间相关行为 112

3.5 非中和相对论性电子束的层流平衡 115

3.5.1 相对论性的刚性转子平衡 115

3.5.2 相对论性的空心束平衡 117

3.5.3 一般层流束平衡 117

3.6 电子中和的强流离子束的真空传输 126

3.6.1 共直线电子中和 127

3.6.2 横向电子注入 129

3.7 强流相对论性电子束的静电稳定性 131

3.7.1 刚性转子平衡的稳定性 134

3.7.2 空心束平衡的稳定性(吉卡特朗不稳定性) 138

3.7.3 电子电子双流不稳定性 142

3.8 提要 145

第四章 强流束在等离子体中的传输 153

4.1 引言 153

4.2 电流中和 154

4.3 宏观的束-等离子体平衡 164

4.3.1 Bo=0时的温流体平衡 165

4.3.2 放电通道中的温流体平衡 167

4.3.3 具有轴向磁场的冷流体平衡 168

4.4 宏观的束-等离子体不稳定性 170

4.4.1 电阻性蛇管不稳定性 171

4.4.2 腊肠不稳定性 181

4.5 微观不稳定性 186

4.5.1 电荷中和的电子束的稳定性(邦内曼不稳定性) 187

4.5.2 稠密等离子体中电子束的稳定性(双流和回旋不稳定性) 188

4.5.3 电磁丝裂[怀布尔(Weibel)]不稳定性 194

4.6 线性相对论性电子束用于等离子体加热 198

4.6.1 返回电流相互作用 200

4.6.2 束电子流-等离子体电子流相互作用 202

4.7 提要 205

第五章 强流束通过中性气体的传输 211

5.1 引言 211

5.2 束引起的中性气体电离过程 212

5.2.1 电子碰撞电离 212

5.2.2 电子雪崩 213

5.2.3 离子电离 214

5.3 Ib／I1＜1 中性气体传输 214

5.3.1 低气压范围 214

5.3.2 中等气压范围 216

5.3.3 高能束在高气压范围的传输 217

5.4 ？中性气体传输 220

5.4.1 低气压范围 220

5.4.2 中等气压范围 223

5.4.3 高气压范围 227

5.5 Ⅰb＞ⅠA中性气体传输 228

5.6 提要 229

第六章 高功率相干辐射源 232

6.1 相对论性微波磁控管 232

6.1.1 起振现象 235

6.1.2 阳极电路 238

6.1.3 电子空间电荷与射频场的相互作用 248

6.2 电子回旋脉塞(ECM) 259

6.2.1 电子回旋脉塞的物理机制 261

6.2.2 ECM机制的线性理论 263

6.2.3 ECM不稳定性的非线性饱和机制 271

6.3 自由电子激光(FEL) 273

6.3.1 自由电子激光的物理机制 275

6.3.2 喇曼散射范围的自由电子激光的线性理论 283

6.3.3 自由电子激光的非线性饱和机制 289

6.4 提要 291

第七章 线性强流相对论性电子束的集体离子加速 294

7.1 引言 294

7.2 中性气体和真空二极管系统实验结果简介 296

7.2.1 中性气体漂移管中的集体离子加速 296

7.2.2 真空漂移管中的集体离子加速 303

7.3 电离前沿加速器(IFA) 305

7.4 波集体离子加速机制 309

7.4.1 自共振加速器(ARA) 311

7.4.2 会聚波导加速器(CGA) 316

7.5 提要 319

8.1 引言 323

第八章 粒子束聚变概念 323

8.2 靶丸内爆判据 325

8.2.1 带电粒子的能量沉积 329

8.2.2 靶丸压缩 335

8.2.3 瑞利-泰勒不稳定性 337

8.2.4 带电粒子束惯性约束聚变靶的设计 338

8.3 电子束聚变概念 347

8.3.1 真空二极管中的电子束聚变 347

8.3.2 多路电子束叠加方案 348

8.4 离子束聚变概念 352

8.4.1 轻离子聚变途径 353

8.4.2 重离子聚变途径 362

8.5 提要 364

参考文献 367

索引 395