[发明专利]磁绝缘线振荡器重频运行气体捕集器及捕集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于脱离外部真空抽气环境、重频连续运行的磁绝缘线振荡器的气体捕集装置及捕集方法。

背景技术

高功率微波通常是指频率在1～300GHz范围和峰值功率在100MW以上的电磁波，通常产生这种电磁波的装置就是高功率微波源。磁绝缘线振荡器(magnetically insulated line oscillator,MILO)是高功率微波源的一种，它通过从相互垂直的电场和磁场中的漂移电子提取能量产生高功率微波。磁绝缘线振荡器在两个方面很有吸引力。首先，它的工作阻抗较低(10Ω量级)，可以很好的匹配于较低电压等级的高功率微波驱动平台；其次，它利用工作电流自身的磁场，不需要外加复杂的磁场系统，因此有利于装置的紧凑和工程化。

国际上对MILO的研究始于20世纪80年代中期，典型代表是美国空间武器实验室(AWFL)和美国圣地亚国家实验室(SNL)，其联合研究小组的“负载绝缘”型MILO研究取得了令人瞩目的进展；英国AEA实验室则发展了一种渐变型MILO，使器件的转换效率和输出功率得到进一步提高。此外，俄罗斯、乌克兰及法国也都有开展MILO理论和实验研究的报道。国内对MILO器件的研究始于20世纪90年代末，经过20多年的发展，国内的MILO研究取得了突破性进展，中国工程物理研究院、国防科技大学近年分别对L、S、C波段的MILO器件进行了实验研究，同时利用真空电子学的清洁技术和高保真空技术等硬管化措施，分别获得了吉瓦级稳定的微波输出。

尽管国内外MILO的研究已取得巨大进展，但多是集中在单次运行条件。高功率微波的实用化进程要求MILO未来具备重复频率、连续运行的能力。MILO正常工作时，内部需要压强低于10^-2Pa的高真空环境。而MILO的工作特点决定了该类器件通常采用天鹅绒阴极来产生达到吉瓦级功率水平所必需的大电流。这种阴极发射均匀、启动快、发射阈值低，但缺点是在重复频率、连续运行条件下，阴极的大量放气会使得器件内的气压急剧上升，而高的气压会严重限制MILO的微波输出能力。为了保障MILO重频运行时的真空条件，通常采用较为庞大的真空机组持续抽真空来解决(荀涛.磁绝缘线振荡器重复频率运行真空系统优化.强激光与粒子束.24卷第4期.2012.04)。然而，真空机组不但需要额外的供电、水冷，还需要占据较大的体积重量，这显然与高功率微波系统的工程化、实用化、特别是武器化相违背。

因此，如何解决在脱离外部真空抽气环境的条件下，维持MILO重频、连续工作所需的真空环境，对器件运行过程中放出的气体进行有效捕集，是本领域技术人员关注的热点。目前国内外还没有磁绝缘线振荡器在脱离外部真空抽气环境后,重频运行真空维持装置的公开报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于磁绝缘线振荡器重频运行的气体捕集器及捕集方法，该装置作为高功率微波产生及输出系统的一部分，能够在磁绝缘线振荡器重复频率工作时，取代外部真空抽气环境，有效捕集磁绝缘线振荡器放出的气体，维持磁绝缘线振荡器内部所需的真空环境。本发明的技术方案是：

本发明由气体捕集腔、吸气剂、真空阀门、真空变送器、衬环组成。

气体捕集腔为采用不锈钢材料制成的两侧带有环面底的圆筒，长度为l1，外径d1，侧壁和两个环面底的厚度均为m1。在气体捕集腔入口环面底上角向均匀焊接有8个第一法兰，通过第一法兰将1支真空阀门、1支真空变送器、6支吸气剂固定在入口环面底上；第一法兰选择通径CF35法兰。

吸气剂采用非蒸散型吸气剂，优选意大利SAES公司生产的CapaciTorrD400-2型非蒸散型吸气剂，第一法兰与真空阀门、真空变送器及吸气剂采用无氧铜垫圈进行密封。气体捕集腔位于磁绝缘线振荡器和微波模式转换器之间，与磁绝缘线振荡器通过焊接在入口环面底的第二法兰进行连接，采用无氧铜垫圈进行密封，与微波模式转换器通过焊接在出口环面底的第三法兰进行连接，采用无氧铜垫圈进行密封；第二法兰与第三法兰相同，均选择通径CF200法兰。

真空阀门采用真空金属阀门，要求阀门全开时有效流导不低于40L/s，全闭合时的漏率不高于1×10^-9Pa.L/s，真空阀门将气体捕集腔和外部真空抽气环境相连，当吸气剂被激活后正常吸气时，可以关闭该阀门，实现气体捕集腔和外部真空抽气环境脱离；

真空变送器采用量程范围为10^-7Pa-10^-1Pa的冷阴极真空变送器，用于对气体捕集腔内部压强的实时监测。