【正文】 Chinese Academy of Science 1號(hào)電子減速 ,相對(duì)論因子 ?減小 ,回旋頻率上升 , 回旋半徑減小 ,位于 原軌道的內(nèi)側(cè) 。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 回旋管（ Gyrotron） 3. 電子橫向能量的產(chǎn)生和增加 2）絕熱壓縮過渡 z1到 z2是陰極區(qū)與注波互作用區(qū)磁場(chǎng)過渡段，它的形狀既要使電子不會(huì)象是遇到磁鏡而反轉(zhuǎn)，同時(shí)還能增加電子的橫向能量。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 回旋管（ Gyrotron） 4. 開放式諧振腔 開放式諧振腔 ?采用高次模式 (模式選擇性 )，提高功率容量。（ b）中所示的為一截面緩變開放式諧振腔，與（ a）不同的是中間沒有固定截面的波導(dǎo)段，而是半徑 R(z)隨軸向變化的特殊波導(dǎo)，其兩端同樣存在截止段和輸出段。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 回旋管（ Gyrotron） 4. 開放式諧振腔 ? ?221212gddWvWPL?? ? ???() ? ?221221dd gWLQP v????? ? ?() 當(dāng) 12 1? ? ?? ?121d d gWLQP v????? ? ?() 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 回旋管（ Gyrotron） 4. 開放式諧振腔 當(dāng) , 時(shí) 1q?2 1?? ?2m in04d LQ ?????????() 通常 ，因此可以估算 約為數(shù)百至一千左右。與回旋單腔管不同的是波導(dǎo)系統(tǒng)是非諧振型的互作用高頻電路，當(dāng)回旋行波管中的工作模式為 TEmn時(shí)，波導(dǎo)的色散方程為 2 2 2 2 2 0ck c k c? ? ? ?∥() 在模式場(chǎng)波的作用下，電子注的色散方程為 0ck v s? ? ? ? ?∥∥() 電子注與波同步的條件 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 回旋行波互作用色散曲線 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。象普通行波管中一樣，存在有四個(gè)波，其中三個(gè)為前向波，一個(gè)則為返向波。引起這一現(xiàn)象的原因是什么？什么狀態(tài)下測(cè)出的頻率最接近真實(shí)值 ？ 網(wǎng)絡(luò)分析儀 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 概述 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 22 22dEHP???????????????根據(jù)第二章公式 (), 被微波加熱的物質(zhì)單位體積吸收的功率為 : 損耗的來源 : 1. 電介質(zhì)損耗 :在外加電磁場(chǎng)的作用下 介質(zhì)內(nèi)部極化產(chǎn)生的極化強(qiáng)度落后于電場(chǎng)一個(gè)相角，產(chǎn)生與電場(chǎng)同相的極化電流，構(gòu)成介質(zhì)內(nèi)部功率耗散 2. 磁介質(zhì)損耗 , 渦流損耗 3. 歐姆損耗 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 頻率升高 ? 與材料耦合更強(qiáng)（低溫高頻，高溫低頻） ? 場(chǎng)分布更均勻 ? 部件和系統(tǒng)更緊湊、更小 ? 可以采用過模波導(dǎo)減小傳輸損耗 ? 可以應(yīng)用準(zhǔn)光技術(shù) 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 實(shí)驗(yàn)研究 毫米波燒結(jié)氧化鋁 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 表１－１ 歐洲、美國(guó)、日本和中國(guó)毫米波燒結(jié)陶瓷研究基本情況 頻率 (GHz) 峰值功率 (kW) 平均功率 (kW) 爐腔尺寸 (mm) 試樣材料 燒結(jié)溫度 (℃) 保溫時(shí)間 (min) 陶瓷密度 研究單位 30 — φ 500 600 Si3N 1650 10 96% ITP,德國(guó) 30 — — BaTiO3 — 1015 98% IAP,俄國(guó) 83 — — PZT,PMNT — 1015 98% IAP,俄國(guó) 28 — 200 φ 760 1020 Al2O3 1200 60 % ORNL,美國(guó) 35 75 φ 180 210 Al2O3 1520 10 92% NRL,美國(guó) 60 100 — ZrO2 1120 60 97% JWRI,日本 28 — φ 600 900 Si3N 1600 30 % 。 微波加熱原理 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 陶瓷相對(duì)密度與燒結(jié)溫度之間的關(guān)系 材料 98%Al2O3+1%SiO2+1%MgO 燒結(jié)方式 傳統(tǒng)無壓燒結(jié) 毫米波無壓燒結(jié) 編號(hào) 1 2 3 4 燒結(jié)溫度 (℃ ) 1300 600800, 800 950 1050 1150 升溫時(shí)間(min) 180 30 35 保溫時(shí)間(min) 120 60, 5 30 30 30 密度 (g/cm3) 相對(duì)密度 % % % % % 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 微波加熱原理 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 損耗因子隨溫度的變化關(guān)系 當(dāng)溫度低于臨界溫度 Tc時(shí)，損耗因子相對(duì)較小，而溫度超過 Tc后，溫度的上升使 ε″ 增大，它反過來又使溫度升高。 概述 傳統(tǒng)微波加熱 : 食物加工 , 木材、蔬菜等烘干 介質(zhì)材料加熱 : 燒結(jié) (結(jié)構(gòu) ,功能 , 納米 )、改性、焊接 , 粉末金屬加熱：快速、性能增強(qiáng)、磁感應(yīng)加熱 微波化學(xué)：加速反應(yīng)，提高產(chǎn)率或新物質(zhì)合成 鐵電、鐵磁、光學(xué)和光電材料的合成，電池能源 材料的合成 等離子體加熱 ?離子共振加熱、低雜波加熱、回旋共振加熱 ?核聚變反應(yīng) 微波生物效應(yīng) ?改變生物的成長(zhǎng)過程，微波武器殺傷機(jī)理 微波波譜學(xué) ?探索物質(zhì)奧秘 熱和非熱效應(yīng)，滲透和非滲透，局部作用 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 微波處理材料的特點(diǎn) ? 材料內(nèi)外同時(shí)加熱 ? 選擇性加熱工件 ? 升溫快 ? 處理時(shí)間縮短 (可以是傳統(tǒng)加熱時(shí)間的 1/10) ? 產(chǎn)品質(zhì)量提高 ? 新型特種材料制備 (例如：納米材料 ) ? 減少能源消耗 ? “ 環(huán)境清潔” 技術(shù) 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 0 0?? ? 0??0??中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 問題 在實(shí)驗(yàn)室用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量諧振腔的頻率，一根同軸線探針從 截止漂移管 將微波信號(hào)饋入到諧振腔，另一根同軸線探針從截止漂移管將微波信號(hào)引出回到網(wǎng)絡(luò)分析儀。 回旋管（ Gyrotron） 4. 回旋行波管 當(dāng) 和不存在群聚時(shí) ， 這時(shí) ， 波導(dǎo)模與回旋模之間不存在耦合 。 回旋管（ Gyrotron） 4. 回旋行波管 ? ? ? ? 222 1k k b? ? ? ?? ? ? ? ? ?∥∥ ∥當(dāng)波導(dǎo)場(chǎng)與回旋電子注相互作用時(shí)，兩者通過電子注產(chǎn)生耦合，在接近截止?fàn)顟B(tài)下，由動(dòng)力學(xué)理論不難得到下述電子回旋脈塞的色散方程 () ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?2 2020239。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 回旋管（ Gyrotron） 4. 開放式諧振腔 利用 2 2, . ,p p ggk v v v c k L L q??? ?? ? ? ?∥∥? ?201241dLQq????? ??? ? ? ??() 電子槍端為全反射時(shí)，由 (),即 1 1??? ?220241dLQq????? ???? ??() 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 波在開放腔中來回一次造成的能量損耗為： ? ?22121dWW? ? ? ?腔中波的群速為 ，能量往返一次所需的時(shí)間為 gv2gLv? ?() () () 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 單位時(shí)間內(nèi)繞射能量損耗為： 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。計(jì)及 及 的影響，則上式將會(huì)有一定的誤差。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 磁控注入電子槍的設(shè)計(jì)是在注波互作用區(qū)提供具足夠的橫向能量、小的能量分散、合適的回旋頻率、有利于注波互作用的電子注位置 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 z1 z2 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 回旋管（ Gyrotron） 1. 概述 1958年，澳大利亞天文學(xué)家特韋斯 ()首先提出了自由電子回旋諧振受激輻射的機(jī)理；差不多同一時(shí)間，蘇聯(lián)學(xué)者卡帕諾夫（ Gaponov）也提出了利用相對(duì)論電子注與電磁波相互作用的新原理； 1964年，美國(guó)的赫西菲爾德 ()以實(shí)驗(yàn)方式證實(shí)了上述機(jī)理的正確性，并稱之為電子回旋脈塞 (ECM)。 中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所 Institute of Electronics, Chinese Academy of Science 第七章 微波與物質(zhì)相互作用 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 微波與電子相互作用 — 微波的產(chǎn)生 167。 螺旋線行波管（ TWT） 5. 增益考慮 為簡(jiǎn)單起見，假設(shè)慢波線是完全匹配的，不存在返向行進(jìn)的波